РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОАГУЛЯТОРА, ОСНОВАННОГО НА ВИХРЕВЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ПОТОКОВ: EDN: OVLXGO

Андрей Викторович Шалунов; Виктор Александрович Нестеров; Роман Николаевич Голых; Александр Сергеевич  Боченков; Роман Сергеевич Доровских; Владимир Николаевич Хмелев

doi:10.25712/ASTU.2072-8921.2022.4.2.011

Авторы

Андрей Викторович Шалунов Бийский технологический институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова»
Виктор Александрович Нестеров Бийский технологический институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова»
Роман Николаевич Голых Бийский технологический институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова»
Александр Сергеевич Боченков Бийский технологический институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова»
Роман Сергеевич Доровских Бийский технологический институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова»
Владимир Николаевич Хмелев Бийский технологический институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова»

DOI:

https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2022.4.2.011

Ключевые слова:

ультразвук, ультразвуковой излучатель, коагуляция, стоячая волна, вторичные эффекты, коагулятор

Аннотация

В работе представлен новый способ и конструкция газоочистного оборудования, состоящего из ультразвукового коагулятора обеспечивающего повышенную эффективность отделения частиц размером менее 2,5 мкм от газовой среды и циклона для последующего улавливания укрупненных частиц на выходе коагулятора. Повышение эффективности улавливания частиц достигается за счет сочетания двух акустических механизмов: воздействие в стоячей волне и формирование вихревых акустических потоков. Для практической реализации ультразвукового коагулятора использован плоский изгибно-колеблющийся дисковый излучатель. Экспериментально выявлено, что при размере воздушного промежутка между излучателем и отражателем, кратным половине длине волны, в нем формируются вихревые акустические течения. При этом дисперсные частицы вовлекаются в колебательное движение, осуществляется многократное перенаправление частиц вдоль линий тока газа. Это обеспечивает локальное повышение концентрации дисперсных частиц в периферийной области вихря и их взаимное перемещение в пределах узловых областей и между ними. Результаты проведенных экспериментальных исследований показали, что совместное воздействие двумя акустическими механизмами обеспечивает увеличение вероятности столкновения частиц и их время пребывания в ультразвуковом поле. Проведенные эксперименты показали, что эффективность улавливания частиц 2.5 мкм разработанным газоочистным оборудованием повышается с 50 % до 96%.

Библиографические ссылки

Halonen, J., Lanki, T., Yli-Tuomi, T., Tittanen, P., Kumala, V. & Pekkanen, J. (2009). Particulate air pollution acute cardio respiratory hospital admissions and mortality among the elderly. American Journal of Epidemilogy, 20(1), 143-153.

Khmelev, V.N., Shlunov, A.V., Bochenkov, A.S., Nesterov, V.A., Terentiev, S.A. & Zorin, S.S. Experimental Stand for the Research of the Process of Ultrasonic Coagulation of Aerosols. 20th International Conference of Young Specialists on Mi-cro/Nanotechnologies and Electron Devices. EDM'2019: Conference Proceedings. NSTU: Novosibirsk, Russia.

Khmelev, V.N., Shalunov, A.V., Nesterov, V.A, Dorovskikh, R.S. & Golykh, R.N. Ultrasonic radiators for the action on gaseous media at high temperatures. EDM'2015: Conference Proceedings. NSTU: Novosibirsk, Russia.

Khmelev, V.N., Nesterov, V.A., Bochenkov, A.S. & Shalunov, A.V. (2021). The Limits of fine particles ultrasonic coagulation. Symmetry, 13(9), 1-19, DOI: 10.3390/sym13091607.

Gallego-Juarez, J.A., Rodriguez, G., Acosta, V. & Riera, E. (2010). Power ultrasonic transducer with extensive radiator for industrial processing. Ultrasonic Sonochemistry, 17, 954-964.

Andres, R.R, Acosta, V.M., Lucas, M. & Riera, E. (2018). Modal analysis and nonlinear characterization of an airborne power ultrasonic transducer with rectangular plate radiator. Ultrasonic, 82, 345-356.

Khmelev, V.N., Nesterov, V.A., Shalunov, A.V., Barsukov, R.V. & Tsyganok, S.N. (2020). Longitudinally oscillating ultrasonic emitter for influencing gas-dispersed systems. J. Phys., 1679, 1-8, DOI:10.1088/1742-6596/1679/2/022008.

Sheng, C. & Shen, X. (2007). Simulation of acoustic agglomeration processes of poly-disperse solid particles. Aerosol Science and Technology, 41, 1-13.

Capperan, P., Somers, J., Richter, K. & Fourcaudot, S. (1995). Accoustic agglomeration of a glycol for aerosol: Influence of particle concentration and intensity of the sound field at two frequencies. Aerosol Sci. 26, 595-612.

Sarabia, E., Gallego-Juarez, J.A., Rodrigues-Corral, G., Elvira-Segura, L. & Gonzalez-Gomaz, I. (2000). Application of high-power ultrasound enhance fluid/solid particle separation processes. Ultrasonics, 38, 642-646.

Song L., Koopmann G.H. & Hoffmann T.L. (1994). An improved theoretical model of acoustic agglomeration. J Vib Acoust. 116, 208-214.

Riera, E., Gonzalez, I., Rodrigues-Corral, G. & Gallego-Juarez, J.A. (2015). Ultrasonic agglomeration and preconditioning of aerosol particles for environmental and other applications. Ultrasonics. 1023-1058.

Khmelev, V.N., Shalunov, A.V., Dorovskikh, R.S., Golykh, R.N. & Nesterov, V.A. The measurements of acoustic power in-troduced into gas medium by the ultrasonic apparatuses with the disk-type radiators. EDM'2016: Conference Proceedings. NSTU: Novosibirsk, Russia

Ta-Chih, H., Sheng-Hsiu, H., Chia-Wei, H., Chih-Chieh, C. & Po-Kai, C. (2015). Effects of the geometric configuration on cyclone performance. Journal of Aerosol Science, 86, 1-12.

Xie B., Li S., Jin H., Hu S., Wang F. & Zhou F. (2018). Analysis of the performance of a novel dust collector combining cyclone separator and cartridge filter. Powder Technology, 339, 695-701.

Хмелев, В.Н., Шалунов, А.В., Голых, Р.Н., Нестеров В.А., Боченков А.С. Моделирование вихревых акустических течений в воздушном промежутке как фактора бесконтактной ультразвуковой интенсификации химико-технологических процессов // "). Сборник научных трудов Международного научно-технического симпозиума, посвященного 110-летию А.Н. Плановского, в рамках Третьего Международного Косыгинского форума "Современные задачи инженерных наук". Москва: ФГБОУ ВО «РГУ им. А.Н. Косыгина», 2021. – С. 190–194.