Экспериментальное исследование запорного устройства вихревого типа

Автор: Хабарова Д.Ф., Исмагилов А.Р., Подзерко А.В., Лазарев И.И.

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение @vestnik-susu-engineering

Статья в выпуске: 4 т.23, 2023 года.

Бесплатный доступ

Современные технологии получения материалов включают химические реакции, протекающие при избыточном давлении и высоких температурах, сопровождающиеся фазовыми переходами. Такие процессы протекают в аппаратах сернокислотного производства, гетерогенного катализа и химического синтеза, в аппаратах для сушки, обжига и плавления сыпучих материалов и других печах. Рассматриваемые технологические процессы сопровождаются загрузкой сыпучего материала во внутреннюю полость аппарата - реактор. При этом окно загрузки материала герметизируется, как правило, механическим запорным устройством, которое открывается в стадии технологического процесса, сопровождающегося загрузкой сырья в реактор. При этом герметичность реактора нарушается и возможен выброс газов в окружающую среду, что несет угрозу здоровью рабочего персонала и экологии в целом. Данная статья посвящена экспериментальному изучению газодинамических характеристик потока воздуха на срезе кольцевого сопла пневматического запорного устройства вихревого типа. В работе приведен анализ методов изучения гадрогазодинамических параметров вихревых течений с обоснованием выбора метода изучения, а также описание лабораторной установки и контрольно-измерительной аппаратуры для исследования. В результате исследований получены распределения полного давления от осевой составляющей скорости и проанализирована его структура. Также построены диаграммы распределения осевой составляющей скорости активного воздуха в исследуемом сечении и получено уточненное распределение скорости вдоль радиуса сопла. Полученные в ходе исследования результаты свидетельствуют о работоспособности аппарата, могут быть применены при физико-математическом описании рабочего процесса вихревого пневматического затвора, а также при разработке методики оптимального профилирования устройства.

Еще

Агрессивные газы, запорное устройство, пневматический затвор, экспериментальные исследования

Короткий адрес: https://sciup.org/147242638

IDR: 147242638 | DOI: 10.14529/engin230407

Список литературы Экспериментальное исследование запорного устройства вихревого типа

Основы металлургического производства / В.А. Бигеев, К.Н. Вдовин, В.М. Колокольцев и др. СПб.: Лань, 2017. 615 с.
Guerrero A.P., Paredes G.E. Linear and Non-linear Stability Analysis in Boiling Water Reactors. The Design of Real-Time Stability Monitors. Woodhead Publishing Series in Energy, 2019. 465 p.
Спиридонов Е.К., Гришина Е.А, Подзеро А.В. Характеристики и расчет эжекционного пневмозатвора // Инновация, экология и ресурсосберегающие технологии на предприятиях машиностроения, авиастроения, транспорта, сельского хозяйства: тр. IX Междунар. науч-техн. конф. Ростов н/Д: ИЦ ДГТУ, 2010. С. 784‒790.
Гришина Е.А. Использование газодинамических эффектов для повышения надежности промышленных установок // Известия Самарского научного центра РАН, 2011. Т. 13, № 1-3. С. 674–677.
А.с. 1788414 А1 СССР, МКИ F 27 B 15/08. Устройство для загрузки сыпучих материалов в печь / Е.К. Спиридонов, О.В. Нохрин, А.А. Левинцов и др. № 4814847/33; заявл. 17.04.90; опубл. 15.1.93, бюл. № 2.
Спиридонов Е.К., Исмагилов А.Р., Хабарова Д.Ф. Исследование и разработка пневматического запорного устройства эжекционного типа для предотвращения выхлопа агрессивных газов // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова, 2023. Т. 21, № 1. С. 100‒108. DOI: 10.18503/1995-2732-2023-21-1-100-108
Measurements of mixing layers and vortex structures of the strut-induced flow in a scramjet combustor with PIV and POD / L. Tianxiong, W. Fei, W. Yingchun et al. // Experimental Thermal and Fluid Science, 2024, vol. 150, 111065. DOI: 10.1016/j.expthermflusci.2023.111065.
Topological flow transformations in a universal vortex bioreactor / I.V. Naumov, R.G. Gevorgiz, S.G. Skripkin et al. // Chemical Engineering and Processing – Process Intensification, 2023, vol. 191, 109467. DOI: 10.1016/j.cep.2023, 109467.
Dehdarinejad E., Bayareh M. Analysis of the vortical flow in a cyclone using four vortex identi-fication methods // Powder Technology, 2023, vol. 428, 118897. DOI: 10.1016/j.powtec.2023.118897.
CFD–DEM investigation of gas-solid flow and wall erosion of vortex elbows conveying coarse particles / F. Xiao, M. Luo, F. Huang et al. // Powder Technology, 2023, vol. 424, 118524. DOI: 10.1016/j.powtec.2023.118524.
A critical review on the flow structure studies of Ranque–Hilsch vortex tubes / X. Guo, B. Zhang, B. Liu, X. Xu // International Journal of Refrigeration. 2019. Vol. 104. P. 51–64. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2019.04.030.
A novel ANN-CFD model for simulating flow in a vortex mixer / S. Sourav, K.K. Singh, K.S. Kumar et al. // Chemical Engineering Science. 2022. Vol. 260, 117819. DOI: 10.1016/ j.ces.2022.117819.
The effect of cylinder wall cooling and vortex finder (tapered in-out) geometry on temperature, heat rate, and flow field to increase cyclone performance using CFD / E. Yohana, M. Tauviqirrahman, R. Ismail et al. // Case Studies in Chemical and Environmental Engineering. 2023. Vol. 7, 100311. DOI: 10.1016/j.cscee.2023.100311.
Vortex Flow and Cavitation in Liquid Injection: A Comparison between High-Fidelity CFD Simulations and Experimental Visualizations on Transparent Nozzle Replicas / F. Piscaglia, F. Giussani, J. Hèlie et al. // International Journal of Multiphase Flow. 2021. Vol. 138, 103605. DOI: 10.1016/j.ijmultiphaseflow.2021.103605.
Gao X., Kong B., Vigil R.D. CFD investigation of bubble effects on Taylor–Couette flow pat-terns in the weakly turbulent vortex regime // Chemical Engineering Journal. 2015. Vol. 270. P. 508–518. DOI: 10.1016/j.cej.2015.02.061.
Rafiee S.E., Sadeghiazad M.M. Experimental and CFD analysis on thermal performance of Double-Circuit vortex tube (DCVT)-geometrical optimization, energy transfer and flow structural analy-sis // Applied Thermal Engineering. 2018. Vol. 128. P. 1223–1237. DOI: 10.1016/j.applther-maleng.2017.09.112.
Kępa A. Division of outlet flow in a cyclone vortex finder – The CFD calculations // Separation and Purification Technology. 2010. Vol. 75 (2). P. 127–131. DOI: 10.1016/j.seppur.2010.08.009.
Zeng Y., Liu X., Wang H. Prediction and experimental verification of vortex flow in draft tube of Francis turbine based on CFD // Procedia Engineering. 2012. Vol. 31. P. 196–205. DOI: 10.1016/ j.proeng.2012.01.1012.
CFD analysis on the spatial effect of vortex generators in concentric tube heat exchangers – A comparative study / R. Aridi, S. Ali, T. Lemenand et al. // International Journal of Thermofluids, 2022. Vol. 16, 100247. DOI: 10.1016/j.ijft.2022.100247.
Hydrodynamic CFD-DEM model validation in a gas–solid vortex unit / F. Wéry, L.A. Vandewalle, G.B. Marin et al. // Chemical Engineering Journal. 2023. Vol. 455, 140529. DOI: 10.1016/j.cej.2022.140529.

Еще

Статья научная