FLUID DYNAMICS IN INTERBLADE CHANNELS OF VORTEX SEPARATION DEVICE WITH AXIAL SWIRLER

NGZUUK

Authors

DOI:

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

Keywords:

axial swirl, separation device, droplet trajectory, swirl blade, interblade channel

Abstract

Vortex-type gas-liquid devices are widely used for separation of dispersed phase from continuous gas flow. The efficiency of separation devices with vane swirlers is determined by their hydrodynamic characteristics. The article is devoted to theoretical study of fluid dynamics and separation of dispersed phase in a vortex separation device with axial swirler for gas flow. The efficiency of such devices depends on the amount of liquid separated on the blades, on the dispersion of droplets flying through the swirler channels, including those formed as a result of breaking up the film of separated liquid. The calculation results will help to determine the optimal dimensions and shape of the swirler interblade channels taking into account the dispersion of droplets, which helps to improve the separation efficiency. A numerical model for calculating the motion of the dispersed phase in the swirler channel is presented. The trajectories of the droplets are calculated in a swirling gas flow taking into account the main forces acting on them. An equation is proposed for determining the trajectory of a droplet in the gap of the blades of an axial swirler of the vortex separation device. The motion of droplets with a diameter of 0.01 to 1 mm at an average gas flow rate of 20 m/s was considered. The calculation was performed in two stages; when comparing the calculation results, the discrepancy of the trajectories did not exceed 18%. It was found that during the motion of the dispersed phase in the interblade channel of the swirler, active interaction of the droplets with the surface of the blades is observed. Large-diameter droplets settle faster on the surface of the swirler, forming a liquid film, while small droplets slip through the gaps of the axial swirler.

References

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.

Published

2025-12-25

How to Cite

Kharkov В. В., Dmitrieva О. С., & Nikolaev А. Н. (2025). FLUID DYNAMICS IN INTERBLADE CHANNELS OF VORTEX SEPARATION DEVICE WITH AXIAL SWIRLER: NGZUUK. Polzunovskiy VESTNIK, (4), 171–175. https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2025.04.028

Issue

Section

SECTION 2. CHEMICAL TECHNOLOGIES, MATERIALS SCIENCES, METALLURGY