ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ В МЕЖЛОПАТОЧНЫХ КАНАЛАХ ВИХРЕВОГО СЕПАРАЦИОННОГО УСТРОЙСТВА С АКСИАЛЬНЫМ ЗАВИХРИТЕЛЕМ: NGZUUK

Виталий Викторович Харьков; Оксана Сергеевна Дмитриева; Андрей Николаевич Николаев

doi:10.25712/ASTU.2072-8921.2025.04.028

Авторы

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

DOI:

https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2025.04.028%20

Ключевые слова:

аксиальный завихритель, сепарационное устройство, траектория капли, лопасть завихрителя, межлопаточный канал

Аннотация

Газожидкостные устройства вихревого типа широко применяются для сепарации дисперсной фазы от сплошного газового потока. Эффективность работы сепарационных устройств с лопаточными завихрителями определяется их гидродинамическими характеристиками. Статья посвящена теоретическому исследованию закономерностей движения и сепарации дисперсной фазы в вихревом сепарационном устройстве с аксиальным завихрителем потока газа. Эффективность таких устройств зависит от количества отсепарированной на лопастях жидкости, от дисперсного состава капель, пролетающих сквозь каналы завихрителя, в том числе от образующихся в результате дробления пленки отсепарированной жидкости. Результаты расчета помогут определить оптимальные размеры и форму межлопаточных каналов завихрителя c учетом дисперсности капель, что способствует улучшению эффективности сепарации. Представлена численная модель расчета движения дисперсной фазы в канале завихрителя. Траектории движения капель рассчитываются в закрученном потоке газа с учетом основных сил, действующих на них. Предложено уравнение для определения траектории движения капли в зазоре лопастей аксиального завихрителя вихревого сепарационного устройства. Рассматривалось движение капель диаметром от 0,01 до 1 мм при среднерасходной скорости газа 20 м/с. Расчет проводился в два этапа, при сравнении результатов расчета расхождение траекторий не превысило 18%. Найдено, что в процессе движения дисперсной фазы в межлопаточном канале завихрителя наблюдается активное взаимодействие капель с поверхностью лопастей. Капли крупного диаметра быстрее оседают на поверхности завихрителя, образуя пленку жидкости, тогда как мелкие капли проскальзывают через зазоры аксиального завихрителя.

Библиографические ссылки

Зинуров В.Э., Дмитриев А.В., Дмитриева О.С. Улавливание мелкодисперсных капель из газового потока в сепарационном устройстве с двутавровыми элементами // Промышленная энергетика. 2020. № 12. С. 47–53.

Review of confined swirling flows and bluff body impacts on flow and heat transfer characteristics / I. Adeyemi [et al.] // Chemical Engineering Research and Design. 2022. Vol. 187. P. 359–386. doi: 10.1016/j.cherd.2022.09.010.

Experimental study on the flow behaviors in a vane-type separator / X. Zeng [et al.] // Chemical Engineering and Processing - Process Intensification. 2023. Vol. 186. Article 109328. doi: 10.1016/j.cep.2023.109328.

Нурсте Х.О., Иванов Ю.В., Луби Х.О. Исследование аэродинамики потока в закручивающих устройствах // Теплоэнергетика. 1978. № 1. С. 37–39.

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

Экспериментальное определение гидравлического сопротивления мультивихревого сепаратора / В.Э. Зинуров [и др.] // Ползуновский вестник. 2023. № 1. С. 191–199. doi: 10.25712/ASTU.2072-8921.2023.01.024.

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.

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

Циглер Х.Х. Сепарация влаги в лопаточном канале паровой турбины // Энергомашиностроение. 1967. № 4. С. 23–25.

Шейнин С.И., Ушаков С.Г., Клепикова Т.М. Расчетно-экспериментальное исследование сепарации капельной влаги из криволинейного двухфазного потока // Теплоэнергетика. 1976. № 6. С. 56–58.

Школьник Г.Т., Ушаков С.Г. Движение твердых частиц в межлопаточных каналах паровых турбин // Теплоэнергетика. 1971. № 3. С. 32–35.

Марчик Э.А. Движение конденсированной фазы в межлопаточных каналах ступени осевой газовой турбины // Теплоэнергетика. 1965. № 10. С. 51–57.

Maluta F., Paglianti A., Montante G. Experimental and numerical study of a compact inline swirler for gas–liquid separation // Chemical Engineering Science. 2023. Vol. 265. Article 118219. doi: 10.1016/j.ces.2022.118219.

Numerical analysis of turbulent swirling decay pipe flow / A. Najafi [et al.] // International Communications in Heat and Mass Transfer. 2005. Vol. 32. № 5. P. 627–638. doi: 10.1016/j.icheatmasstransfer.2004.10.014.

Движение газожидкостных смесей в трубах / В.А. Мамаев [и др.]. М. : Недра,1978. 270 с.

Вахрушев И.А. Общее уравнение для коэффициента лобового сопротивления частиц различной изометрической формы при относительном движении в безграничной среде // Химическая промышленность. 1965. № 8. С. 614–617.