Исследование газодинамических процессов в пылеуловителях для создания технологии проектирования экологически чистых устройств

Одной из наиболее тревожных современных проблем стали локальные загрязнения атмосферы промышленными выбросами. Основная масса загрязняющих веществ приходится на газообразные вещества и пылевые материалы, которые могут перемещаться на большие расстояния и накапливаться. При высоких концентрациях на поверхности Земли они способны воздействовать на условия растительной и животной жизни как в локальном, так и в глобальном масштабе.
Это обстоятельство предопределяет важность проблемы создания высокоэффективных аппаратов для пылеулавливания.

В промышленности в качестве пылеочистных устройств нашли применение циклоны.
Хотя первые циклоны появились в промышленности более 100 лет назад, работы по улучшению их конструкции и повышению эффективности продолжаются. Теории циклонной сепарации посвящено множество работ (В.А. Барт, А.И. Тер-Линден, А.И. Пирумов, Е.А. Штокман, А.А. Русанов и др.).
Обзор исследований, посвящённых конструированию циклонных пылеуловителей связан с исследованием различных факторов, оказывающих влияние на их аэродинамические свойства и эффективность пылеулавливания.

Пылевоздушная масса через входной патрубок поступает в цилиндрическую часть циклона и совершают движение сверху вниз по наружной спирали. Под действием центробежной силы фракции пыли отделяются и по стенкам циклона перемещаются вниз в сборный конус. Собранная пыль движется вдоль стенки по спирали вниз в пылевой бункер. Чистый воздух выводится в воздуховод циклона, частицы пыли вследствие своей инерционности этого сделать не успевают и попадают в бункер.

Несмотря на внешнюю простоту, в циклоне происходят сложные аэродинамические процессы.
Основными параметрами, характеризующими работу циклона, являются эффективность очистки и гидравлическое сопротивление, которые зависят от конструктивных особенностей аппарата и скорости движения газового потока.

На кафедре «БЖиЗОС» в течение последних лет ведется НИР по исследованию аэродинамических характеристик и эффективности пылеулавливания циклонных аппаратов различной формы. На данный момент получено два патента РФ
№ 2506880 "Пылеулавливатель"
Патент РФ № 2557741 "Установка для пылеулавливания"
в которых были предложены пылеулавливатель с обратным конусом и установка, позволяющая параллельно и эффективно исследовать аэродинамические процессы и процессы пылеосаждения внутри центробежных аппаратов разной конструкции.

В распоряжении кафедры имеется высокоточное современное приборное обеспечение для проведения измерений: дифференциальные микроманометры Testo 521-1 (Германия) c комплектом напорных трубок Пито, а для измерения запыленности пылевоздушных потоков используется трибоэлектрический стационарный пылемер ПИКП-Т (Россия).

Циклоны выбирают по расчетной производительности аппарата и расчетной скорости газа (воздуха) при входе в циклон с обеспечением необходимой эффективности очистки при минимальных энергетических затратах (т.е. при минимальном гидравлическом сопротивлении).
Для сравнения аэродинамических характеристик циклонных аппаратов на установке, выше перечисленными приборами, проводились замеры полного, статического и динамического давления и скорости воздушного потока. Все полученные результаты в экспериментах были обработаны .

Были рассчитаны, проанализированы и представлены в виде графиков дельта Р полного давления выхода и входа в аппаратах ЦН-15у-300 и ЦОК

На основании расчетов были определены гидравлические сопротивления сравниваемых циклонов разной формы (конический и цилиндрический).
Циклоны выбирают по расчетной производительности аппарата и расчетной скорости газа (воздуха) при входе в циклон с обеспечением необходимой эффективности очистки при минимальных энергетических затратах (т.е. при минимальном гидравлическом сопротивлении).
Общее гидравлическое сопротивление циклона равно
Pц = ζвх.Vвх2.ρ/2
где ζвх – коэффициент гидравлического сопротивления циклона;Vвх – скорость потока во входном патрубке, м/с
Показано, что у циклонов с обратным конусом аэродинамические характеристики лучше, чем у цилиндрических аппаратов.

Научным руководителем намечен дальнейший план работы. Необходимо провести:
Аналитический обзор исследований в области пылеулавливания и конструктивных разработок пылеочистных устройств.
Анализ требований нормативно-технической документации к схемам и точности измерений, методам проведения аэродинамических испытаний и определения эффективности пылеулавливания.
Экспериментальные исследования аэродинамических характеристик центробежных пылеуловителей при параллельных сравнительных испытаниях на установке.
Экспериментальные исследования эффективности пылеулавливания центробежными пылеуловителями при параллельных сравнительных испытаниях на установке.
Фракционный анализ исследуемых пылей до и после очистки в циклонах
Экспериментальные исследования влияния величины входной концентрации пыли в циклон на эффективности очистки аппарата.