ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ В ВИХРЕВОМ СЕПАРАЦИОННОМ УСТРОЙСТВЕ С АКСИАЛЬНЫМ ЗАВИХРИТЕЛЕМ: BDHIOC

Оксана Сергеевна Дмитриева; Виталий Викторович Харьков; Андрей Николаевич Николаев

doi:10.25712/ASTU.2072-8921.2025.04.030

Авторы

Оксана Сергеевна Дмитриева Казанский национальный исследовательский технологический университет https://orcid.org/0000-0001-6221-0167
Виталий Викторович Харьков Казанский национальный исследовательский технологический институт https://orcid.org/0000-0002-8219-7323
Андрей Николаевич Николаев Казанский национальный исследовательский технологический институт https://orcid.org/0000-0002-0714-2613

DOI:

https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2025.04.030%20

Ключевые слова:

закрученный поток, вихревое устройство, гидравлическое сопротивление, вязкость жидкости, сепарация

Аннотация

Сепараторы вихревого типа для разделения газожидкостных потоков в закрученном потоке являются распространенным типом промышленного оборудования. Однако большая часть данных по гидравлическому сопротивлению для аппаратов с аксиальными завихрителями получено на системе воздух–вода. Целью данной работы является проведение экспериментальных исследований по оценке влияния вязкости дисперсной фазы на гидравлические потери в вихревом сепарационном устройстве с аксиальным завихрителем. В ходе экспериментального исследования изменялись: скорость газового потока от 15 до 23 м/с, отношение расходов жидкой и газовой фаз от 0 до 0,3, вязкость жидкости от 1 до 50 мм²/с. В ходе обработки экспериментальных данных была получена эмпирическая зависимость, отражающая степенную зависимость возрастания гидравлических потерь в устройстве от вязкости жидкой фазы. Результаты исследований показали, что увеличение вязкости дисперсной фазы увеличивает гидравлическое сопротивление устройства, зависит от скорости потока и режима течения. При отношении расходов фаз от 0,05 до 0,3 коэффициент гидравлического сопротивления сепаратора с аксиальными завихрителем увеличивается с 9,6 до 12,75 при вязкости жидкости 1 мм²/с, с 10 до 14,5 при вязкости жидкости 30 мм²/с, с 10,45 до 15,4 при вязкости жидкости 50 мм²/с. Найдено, что перепад давления варьировался от 1400 до 3200 Па при скорости от 15 до 23 м/с Полученные экспериментальные данные были сопоставлены с данными других авторов для вихревых элементов аксиального типа. За счет применения устройства для отвода отсепарированной жидкости в среднем наблюдается увеличение перепада давления в 2,2 раза среди рассмотренных модификаций, однако при этом обеспечивается лучшее отделение жидкости от газа.

Библиографические ссылки

Flow characteristic and separation performance of co-current gas-liquid vortex separator / J. Gao [et al.]. // Powder Technology. 2024. Vol. 443. Article 119929. doi: 10.1016/j.powtec.2024.119929.

Харьков В.В., Николаев А.Н. Численное моделирование тепло- и массообмена в процессе концентрирования термолабильных растворов в закрученном потоке // Ползуновский вестник. 2017. № 1. С. 30–34.

Rocha A.D., Bannwart A.C., Ganzarolli M.M. Numerical and experimental study of an axially in-duced swirling pipe flow // International Journal of Heat and Fluid Flow. 2015. Vol. 53. P. 81–90. doi: 10.1016/j.ijheatfluidflow.2015.02.003.

Харьков В.В., Николаев А.Н. Инженерная методика расчета вихревой камеры со взвешенным капельным слоем // Химическая промышленность сегодня. 2017. № 1. С. 16–21.

Марголин Е.В., Тарат Э.Я. Выбор оптимальных параметров вертикального каплеуловителя // Промышленная и санитарная очистка газов. 1976. № 3. С. 11–13.

Применение контактных тарелок с прямоточно-центробежными элементами для интенсификации массообменных процессов / Э.И. Левданский [и др.]. // Азотная промышленность: сб. М.: НИИТЭХИМ, 1974. Вып. 6. С. 69–73.

Liu L., Bai B. Experimental study and similarity analysis of separation efficiency of swirl-vane separator // Nuclear Engineering and Design. 2020. Vol. 359. Article 110442. doi: 10.1016/j.nucengdes.2019.110442.

Карпенков А.Ф., Качан В.В., Шишло Б.М. Исследование влияния конструкции завихрителя на аэродинамическую структуру закрученного потока в цилиндрической трубе // Химия и химическая технология: республиканский межведомственный сборник. Минск: Вышэйшая школа, 1979. Вып. 14. С. 158–160.

Мусташкин Ф.А., Николаев Н.А., Николаев А.М. Гидродинамические закономерности в массообменном аппарате вихревого типа // Труды Казан. хим.-технол. ин-та. 1970. № 45. С. 26–31.

Вихревые массообменные аппараты / С.С. Сабитов [и др.] // Общеотраслевые вопросы развития химической промышленности Обзор. инф. cер. НИИТЭХИМ. 1981. № 3. С. 30.

Дмитриева О.С., Харьков В.В., Николаев А.Н. Дисперсный состав жидкой фазы вихревого сепарационного устройства // Вестник технологического университета. 2024. Т. 27. № 5. С. 54–58. doi: 10.55421/1998-7072_2024_27_5_54.

Вязовкин Е.С. Исследование гидродинамики и эффективности вихревых контактных ступеней: автореф. дис. … кандидата техн. наук. Казань, 1972. 24 с.

Левданский Э.И. Исследование скоростной ректификации в аппаратах с прямоточно-центробежными контактными устройствами // 3-я Всес. конф. по теории и практике ректификации. Северодонецк, 1973. Ч. 2. С. 258–261.

Харьков В.В., Николаев А.Н. Разработка и исследование аппарата вихревого типа для концентрирования фруктовых соков // Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т. 17. № 14. С. 445–448.

Харьков В.В. Моделирование тепло- и массообмена при концентрировании соков в вихревой камере // Научно-технический вестник Поволжья. 2016. № 1. С. 37–44.

Ершов А.И., Гухман Л.М., Бляхер Е.Г. Исследование гидродинамики восходящего двухфазного закрученного потока // Известия вузов СССР. Энергетика. 1971. № 10. С. 88–92.

Лукьянов В.П. Гидродинамические характеристики // Промышленная и санитарная очистка газов. 1976. № 5. С. 6–8.

Овчинников А.А., Харьков В.В. Описание структуры закрученных потоков в вихревых камерах // Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т. 17, № 23. С. 322-325.