РАЗДЕЛ 2
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ ВОЗДУШНОГО ПОТОКА РАЗРАБОТАННОЙ
ПЫЛЕОСАДОЧНОЙ КАМЕРой
2.1. Факторы, влияющие на процесс очистки запыленного воздушного потока
Повышение производительности зерновых сепараторов производства ОАО
«Вибросепаратор» (г. Житомир) связано, как указано выше, с необходимостью
улучшения процесса очистки воздушного потока от частиц примесей.
Двигаясь от кольцевого пневмосепарирующего устройства к пылеосадочной камере,
частицы примесей, имея различную форму и массу, перераспределяются в потоке.
Частицы, которые имеют большую массу (соломистые примеси, семена сорных
растений, зерновая примесь и т.д.), образуют слой, который движется вдоль
нижней стенки канала. Отделение этих частиц от воздушного потока происходит за
счет инерционных (изменение скорости и траектории движения потока) и
гравитационных сил.
Проблему представляют легкие частицы (семена сорных растений, пыль и т.д.),
которые движутся в потоке от центра до верхней стенки канала. Отделение этих
частиц, вследствие их небольшой массы, весьма затруднительно.
Как указывалось выше, процесс очистки воздушного потока в пылеосадочной камере
состоит из двух этапов: основной отбор и промежуточный (п.1.2).
Первый этап процесса характеризуется скоростью воздушного потока, которая
определяется режимом работы вентилятора, параметры которого, в свою очередь,
имеют предельные значения для данного типа зернового материала и практически не
регулируются. Эффективность работы первого этапа процесса характеризуется
коэффициентом очистки камеры .
Основными характеристиками второго этапа процесса являются: распределение
количества (концентрации) частиц дисперсной фазы в рабочей зоне, коэффициент
очистки пылеулавливающего устройства , от которых зависит эффективность работы
пылеосадочной камеры.
Сумма коэффициентов очистки камеры и пылеулавливающего устройства составляют
общий коэффициент очистки разработанной пылеосадочной камеры.
На распределение плотности частиц дисперсной фазы влияют следующие факторы:
-параметры вентилятора, так как от них зависит скорость частиц в воздушном
потоке (трансверсальная и радиальная составляющие скорости частиц);
-радиус закругления криволинейной поверхности (стенки) перегородки R2.
На эффективность работы пылеулавливающего устройства оказывают влияние такие
факторы (см.рис.1.18):
- конструктивные параметры регулируемого дополнительного клапана (угол открытия
и ширина D);
- конструктивные параметры щели (расстояние A от крыши камеры до начала щели,
ширина b);
- угол открытия основного клапана.
Конструктивная особенность пылеулавливающего устройства (см.рис.1.18) приводит
к возникновению пространственного движения запыленного потока в камере, и
исследование его динамики представляет собой сложную теоретическую задачу.
Для получения зависимостей, позволяющих определить влияние на закономерности
процесса вышеуказанного разделения потока на две составляющие, исследуем
сначала его динамику в плоском криволинейном канале, в котором осуществляется
регулируемый отбор примесей дополнительным клапаном с поперечной щелью
(см. рис.1.18).
2.2. Математическая модель нелинейной динамики регулируемого промежуточного
отбора частиц дисперсной фазы
С точки зрения механики процесс очистки запыленного воздушного потока относится
к динамике двух или многофазных сред [27, 31, 37, 42, 48, 75, 94, 98, 116].
Рассмотрим задачу динамики двухфазного потока, состоящего из несущей среды
(воздушного потока) и дисперсных частиц (частиц пыли и легких примесей), в
рабочей зоне канала пылеосадочной камеры [106]. Многофазные среды описываются
моделью многоскоростных взаимопроникающих континуумов. При отсутствии фазовых
превращений соответствующие уравнения сохранения массы и импульса имеют
следующий вид [75]:
, (2.1)
, (2.2)
где - плотность, скорость и тензор напряжений і-ой фазы;
-источник импульса для -ой фазы, вызванный взаимодействием с -ой фазой;
-интенсивность внешних массовых сил (сила тяжести).
Данная система уравнений является незамкнутой (число уравнений меньше числа
неизвестных).
Одной из основных проблем при построении модели многофазной среды является
проблема замыкания уравнений, которая сводится к нахождению зависимости тензора
напряжений от кинематических характеристик потока, таких как тензор скоростей
деформации среды, и других факторов[94, 64, 87].
Устройство (рис.2.1) представляет собой криволинейный канал с выходными
отверстиями: 1- ANMD и 2- NEFM. Выходное отверстие 1 является свободным –
запыленный воздушный поток выходит через пылеосадочную камеру в атмосферу.
Выходное отверстие 2 является несвободным и оказывает дополнительное
сопротивление движению выходящему воздушному потоку. Это сопротивление
моделирует разработанное устройство пылеосадочной камеры. В разработанном
устройстве содержится дополнительный клапан (см. рис.1.18), который регулирует
величину сечения NEFM (рис.2.1), а также отклоняет поток от вертикали на угол
(угол открытия дополнительного клапана) (рис.2.2).
Рассмотрим плоскую задачу, исследуя движение среды в криволинейном канале
(рис.2.2) в двухмерном виде.
Рис.2.1. Расчетная схема рабочей зоны разработанного пылеулавливающего
устройства
Рис.2.2. Плоская (двухмерная) расчетная схема криволинейного канала
Вначале составим основную систему уравнений, описывающую нелинейную динамику
потока. Сюда входят уравнения сохранения массы и импульса двух фаз[75]:
для воздушного потока
, (2.3)
, (2.4)
и дисперсных частиц
, (2.5)
, (2.6)
где ,-тензоры напряжений для воздушного потока и дисперсных частиц;
u=u1, U=u2- скорости воздушного пот
- Київ+380960830922