ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НАПРАВЛЯЮЩИХ ДУГООБРАЗНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ МУЛЬТИВИХРЕВОГО ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЯ-КЛАССИФИКАТОРА: HBOPON

Вадим Эдуардович Зинуров; Мария Арнольдовна  Прец

doi:10.25712/ASTU.2072-8921.2026.02.035

Авторы

Вадим Эдуардович Зинуров Казанский государственный энергетический университет https://orcid.org/0000-0002-1380-4433
Мария Арнольдовна Прец Казанский государственный энергетический университет https://orcid.org/0009-0009-4434-3906

DOI:

https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2026.02.035

Ключевые слова:

мультивихревой классификатор, фракционирование, дисперсные частицы, направляющие элементы, вихревое течение, численное моделирование, потери давления, статический классификатор, эффективность улавливания частиц

Аннотация

Одним из приоритетных направлений в области процессов и аппаратов химических технологий является разработка высокоэффективных аппаратов для фракционирования мелкодисперсных материалов. Актуальность темы обусловлена необходимостью повышения селективности при разделении частиц в таких отраслях, как нефтехимия и каталитическое производство. В статье предложена конструкция мультивихревого пылеуловителя-классификатора типа «труба в трубе». Разделение фракций осуществляется за счёт формирования серии закрученных вихрей в кольцевом пространстве между внутренней и наружной трубами, под действием которых более крупные частицы выносятся к периферии и осаждаются в бункере. Предполагается, что одним из факторов, ограничивающих эффективность такого аппарата, является отражение частиц от стенок кольцевого канала с последующим повторным захватом их потоком. Целью работы является оценка влияния направляющих дугообразных элементов, установленных в кольцевом пространстве аппарата, на эффективность мультивихревого пылеуловителя-классификатора. Выполнено численное моделирование газопылевого потока и траекторий движения частиц в трехмерной постановке с использованием программного комплекса ANSYS Fluent. Варьировались ключевые геометрические параметры: диаметр внутренней трубы (от 43 до 66 мм), степень раскрытия прямоугольных прорезей в стенке трубы (k от 0,2 до 1). В качестве критериев оценки использовались фракционная эффективность улавливания частиц в диапазоне размеров 5-100 мкм и потери давления на входе и выходе из аппарата. Результаты моделирования показали, что введение направляющих дугообразных элементов позволяет повысить фракционную эффективность классификатора в среднем на 10,9 % по сравнению с базовой конструкцией. Кроме того, зафиксировано снижение потери давления на 6,3 % за счёт стабилизации мультивихревой структуры потока и уменьшения рециркуляционных зон. Наибольший эффект наблюдается при расчетном диаметре вихрей 29 мм и степени раскрытия щелей k = 0,6, где эффективность улавливания частиц a > 7 мкм превышает 90 %.

Библиографические ссылки

Ширинова Д.Б. Классификация полидисперсного порошка молибденита // Евразийский научный журнал. 2016. № 2. С. 127-128.

Экспериментальное определение гидравлического сопротивления упрощённой модели мультивихревого классификатора с соосно расположенными трубами / В.Э. Зинуров [и др.] // Ползуновский вестник. 2022. № 2. С. 108–116. DOI: 10.25712/ASTU.2072-8921.2022.02.015.

Kim S.W., Yeo C.E., Lee D.Y. Effect of fines content on fluidity of FCC catalysts for stable operation of fluid catalytic cracking unit // Energies. 2019. Т. 12, № 2. С. 293. DOI: 10.3390/en12020293

Пахнутова Е.А., Слижов Ю.Г. Физико-химические свойства сорбента на основе силикагеля с привитым комплексом медь-ацетоуксусного эфира // Сорбционные и хроматографические процессы. 2021. Т. 21. № 4. С. 529–539. DOI: 10.17308/sorpchrom.2021.21/3637.

Videira-Quintela D., Martin O., Montalvo G. Emerging opportunities of silica-based materials within the food industry // Microchemical Journal. 2021. № 167. С. 106318. DOI: 10.1016/j.microc.2021.106318.

Silica Gel as a Sorbent and Catalyst Support: Improvement of Technologies and Search for Alternative Production Routes / G.V. Mamontov [et al.] // Catalysis in Industry. 2023. № 3. С. 221–228. DOI: 10.1134/S2070050423030054.

Shapiro M., Galperin V. Air classification of solid particles: a review // Chemical Engineering and Processing: Process Intensification. 2005. № 2. С. 279-285. DOI: 10.1016/j.cep.2004.02.022.

CFD simulation and parameter optimization of the internal flow field of a disturbed air cyclone centrifugal classifier / L. Huang [et al.] // Separation and Purification Technology. 2023. Т. 307. С. 122760. DOI: 10.2139/ssrn.4227862.

Ахмадиев Ф.Г., Гиззятов Р.Ф., Назипов И.Т. Расчет многоярусных ситовых классификаторов для разделения зернистых материалов по размерам // Математические методы в технике и технологиях – ММТТ. 2019. Т. 8. С. 54-61.

Повышение производительности ситовых барабанных классификаторов / А.Л. Фалько [и др.] // Вестник Донского государственного аграрного университета. 2015. № 4-1(18). С. 54.

Lanzerstorfer C. Application of air classification for improved recycling of sinter plant dust // Resources, Conservation and Recycling. 2015. № 94. С. 66-71. DOI: 10.1016/j.resconrec.2014.11.013.

CFD-based structural optimization of rotor cage for high-efficiency rotor classifier / X. Mou [et al.] // Processes. 2021. № 9(7). С. 1148. DOI: 10.3390/pr9071148.

Computational fluid dynamics simulation and performance study of a three-separation combined air classifier / C. Hui [et al.] // Thermal Science. 2024. № 28(2 Part C). С. 1589-1603.

Yu Y., Liu J., Li G. Empirical study of classification process for two-stage turbo air classifier in series // Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2013. № 26(3). С. 526-531. DOI: 10.3901/CJME.2013.03.526

Cyclone separator for air particulate matter personal monitoring: a patent review / M.O. Rivera-García [et al.] // Atmosphere. 2023. № 14(4). С. 624. DOI: 10.3390/atmos14040624

A new static cyclonic classifier: Flow characteristics, performance evaluation and industrial applications / Z. Sun [et al.] // Chemical Engineering Research and Design. 2019. № 145. С. 141–149. DOI: 10.1016/j.cherd.2019.03.018

Investigation into the effects of various parameters on the performance and classification potential of a cyclone classifier / M.E. Caliskan [et al.] // Powder Technology. 2019. № 356. С. 102–111. DOI: 10.1016/j.powtec.2019.07.104.

Разработка классификатора с соосно расположенными трубами для разделения сыпучего материала на основе силикагеля / В. Э. Зинуров [и др.] // Ползуновский вестник. 2021. № 2. С. 205-211. DOI: 10.25712/ASTU.2072-8921.2021.02.029.

Zinurov, V.E., Kharkov, V.V., Madyshev, I.N. Numerical simulation of pressure loss in a classifier with coaxial pipes // Mining Informational and Analytical Bulletin. 2022. № 10-1, С. 173-181. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_101_0_173.

Numerical Study of Vortex Flow in a Classifier with Coaxial Tubes / V. Zinurov [et al.] // International Journal of Engineering & Technology Innovation. 2022. Т. 12, № 4. DOI: 10.46604/ijeti.2022.9568.

The Influence of the Design of a Static Multi-Vortex Classifier on the Efficiency Fractionation of Silica Gel Particles / V. E. Zinurov [et al.] // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2024. С. 1-6. DOI: 10.1134/S0040579524600992.

Промышленные испытания фракционирования сыпучего материала в мультивихревом классификаторе-сепараторе / В. Э. Зинуров [и др.] // Вестник Технологического университета. 2022. Т. 25, № 4. С. 58–63. DOI: 10.55421/1998-7072_2022_25_4_58.

Численное исследование влияния геометрических параметров мультивихревого классификатора на эффективность фракционирования частиц / М. А. Прец [и др.] // Вестник Технологического университета. 2025. Т. 28, № 4. С. 63–68. DOI: 10.55421/3034-4689_2025_28_4_63.