РАСЧЕТ ГИДРОДИНАМИКИ ПОТОКОВ В ВОЗВРАТНО-ПОТОЧНЫХ ЦИКЛОНАХ ПРИ ПОМОЩИ ПАКЕТА ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММ FLOW VISION
Аннотация
Статья посвящена исследованию возможности использования для математического моделирования движения газа в возвратно поточных циклонах различных математических моделей турбулентности. Такие модели весьма многочисленны. Для анализа выбраны те из них, которые в наибольшей степени зарекомендовали себя при моделировании сложных течений. Известно, что из числа моделей, которые используют уравнения Рейнольдса, дополненные уравнениями для параметров, через которые выражается турбулентная вязкость, стандартная k – ε модель не дает адекватное описание поля скорости газа в циклонах рассматриваемого типа. По этой причине изучалась возможность использовать модель транспорта турбулентных напряжений (SST модель), а также нелинейную k – ε модель, которая включает квадратичные и кубические слагаемые в выражении для так называемых напряжений Рейнольдса. Эта модификация k – ε модели рекомендуется для расчета закрученных течений. Кроме того, расчеты проводились с использованием модели Смагоринского. Последняя модель основывается на методе моделирования крупных вихрей. Результаты расчетов сопоставлялись с известными из литературы данными экспериментов, которые заключаются в измерении составляющих скорости газа внутри циклона при помощи лазерного допплеровского анемометра. Показано, что наилучшие результаты дает модель Смагоринского. Полученные результаты позволяют рекомендовать данный метод для моделирования процессов газоочистки в циклонах. Моделирование может позволить произвести оптимизацию геометрических параметров циклонов без использования трудоемких экспериментов. Кроме того, располагая надежным методом расчета аэродинамики циклона, возможно путем расчетов определить наилучшие условия эксплуатации циклона при заданных параметрах его работы.
Для цитирования:
Чесноков Ю.Г., Лихачев И.Г., Флисюк О.М., Марцулевич Н.А., Мешалкин В.П., Гарабаджиу А.В. Расчет гидродинамики потоков в возвратно-поточных циклонах при помощи пакета прикладных программ flow vision. Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва). 2022. Т. LXVI. № 3. С. 56-60. DOI: 10.6060/rcj.2022663.8.
Литература
Boysan F., Ayers W., Swithenbank J. A fundamental mathematical modelling approach to cyclone design. Trans. Inst. Chem. Eng. 1982. V. 60. P. 222-230.
Hoekstra A.J., Derksen J.J., Van den Akker H.E.A. An experimental and numerical study of turbulent swirling flow in gas cyclone. Chem. Eng. Sci. 1999. V. 54. P. 2055-2065. DOI: 10.1016/S0009-2509(98)00373-X.
Derksen J.J., Van den Akker H.E.A. Simulation of vortex core precession in a reverce-flow cyclone. AIChE J. 2000. V. 46. P. 1317-1331. DOI: 10.1002/aic.690460706.
Derksen J.J. Separation performance predictions of a Stairmand high efficiency cyclone // AIChE J. 2003. V.49. P. 1359-1371. DOI: 10.1002/aic.690490603.
de Souza F.J., de Vasconcelos Salvo R., de Moro Martins D.A. Large Eddy Simulation of gas-particle flow in cy-clone separators. Sep. Purif. Technol. 2012. V. 94. P. 61-70. DOI: 10.1016/j.seppur.2012.04.006.Brar L.S., Derksen J.J. Revealling the details of vortex core precession in cyclones by means of largeeddy simulation. Chem. Eng. Res. Des. 2020. V. 159. P. 339-352. DOI: 10.1016/j.cherd.2020.04.030.
Elsayed K., Lacor C. The effect of the dust outlet geometry on the performance and hydrodynamics of gas cyclone. Comput. Fluids. 2012. V. 68. P. 134-147. DOI:10.1016/j.compfluid.2012.07.029.
Chu K.W., Wang B., Xu D.L., Chen Y.X., Yu A.B. CFD-DEM simulation of the gas-solid flow in a cyclone separator. Chem. Eng. Sci. 2011. V. 66. P. 834-847. DOI: 10.1016/j.ces.2010.11.026.
El-Emam M.A., Zhou L., Shi W., Han C., Bai L., Agarwal R. Theory and application of CFD-DEM coupling ap-proach for granular flow: a review. Arch. Comp. Meth. Eng. 2021. V. 28. P. 4979-5020. DOI: 10.1007/s11831-021-09568-9
Winfield D., Cross M., Croft N., Paddison D., Craig I. Performance comparison of a single and triple tangential inlet gas separation cyclone: a CFD study. Powder Technol. 2013. V. 235. P. 520-531. DOI: 10.1016/j.powtec.2012.10.026.
Nassaj A.R., Toghraie D., Afrand M. Effect of multi inlet guide channels on the performance of a cyclonic separator. Powder Technol. 2019. V. 356. P. 352-372. DOI: 10.1016/j.powtec.2019.08.038.
Gao Z., Wang J., Liu Z., Wei Y., Wang J., Mao Y. Effects of different inlet structures on the flow field of cyclone separators. Powder Technol. 2020. V. 372. P. 519-531. DOI: 10.1016/j.powtec.2020.06.014.
Gao Z., Wang J., Wang J., Mao Y., Wei Y. Analysis of the effect of vortex on the flow field of a cylindrical cyclone separator. Sep. Purif. Technol. 2019. V. 211. P. 438-447. DOI: 10.1016/j.seppur.2018.08.024.
Balestrin E., Decker R.K., Noriler D., Bastos J.C.S.C., H.F. Meier H.F. An alternative for the collection of small particles in cyclones: Experimental analysis and CFD modeling. Sep. Purif. Technol. 2017. V. 184. P. 54-65. DOI: 10.1016/j.seppur.2017.04.023.
Nakhaei M., Lu B., Tian Y., Wang W., Dam-Johansen K., Wu H. CFD Modeling of Gas–Solid Cyclone Separators at Ambient and Elevated Temperatures. Processes. 2019. V. 8. P. 228. DOI: 10.3390/pr8020228.
Yao Y., Huang W., Wu Y., Zhang Y., Zhang M., Yang H., Lyu J. Effects of the inlet duct length on the flow field and performance of a cyclone separator with a contracted inlet duct. Powder Technol. 2021. V. 393. P. 12-22. DOI: 10.1016/j.powtec.2021.07.044.
Gao Z. W., Liu Z. X., Wei Y. D., Li C. X., Wang S. H., Qi X. Y., Huang W. Numerical analysis on the influence of vortex motion in a reverse Stairmand cyclone separator by us-ing LES model. Petroleum Science. 2022. V. 19(2). P. 848-860. DOI: 10.1016/j.petsci.2021.11.009.
Bumrungthaichaichan E. How can the appropriate near-wall grid size for gas cyclone CFD simulation be estimated. Powder Technol. 2022. V. 396. P. 327-344. DOI: 10.1016/j.powtec.2021.10.031.
Celis G. E., Loureiro J. B., Lage P. L., Freire A. P. S. The effects of swirl vanes and a vortex stabilizer on the dy-namic flow field in a cyclonic separator. Chem. Eng. Sci. 2022. V. 248. 117099. DOI: 10.1016/j.ces.2021.117099.
Zhang Z. W., Li Q., Zhang Y. H., Wang H. L. Simulation and experimental study of effect of vortex finder structural parameters on cyclone separator performance. Sep. Purif. Technol. 2022. V. 286. 120394. DOI: 10.1016/j.seppur.2021.120394.
Flow Vision. Руководство пользователя. Версия 3.12.04. – М. ООО «ТЕСИС», 1999-2021. 1593 с.
