Experimental studies of swirling flow aerodynamics in an air-centrifugal classifier.pdf В классификаторах воздушно-центробежного типа процесс разделения исход-ного порошка на крупную и мелкую фракции относительно граничного размерапроисходит в потоке несущей среды, поэтому турбулентный закрученный поток всепарационном элементе оказывает определяющее влияние на процесс сепарациичастиц [1]. С другой стороны, на распределение составляющих компонент скоро-сти несущего потока в зоне сепарации оказывают влияние расход несущей среды,скорость вращения границ сепарационного элемента, входной радиус и относи-тельная ширина канала, профиль зоны сепарационного элемента, способ подачинесущей среды и порошка в зону разделения, начальная закрутка несущего пото-ка, концентрация в несущей среде и гранулометрический состав исходного мате-риала, наличие дополнительных подводов воздуха и ряд других факторов [2 − 4].Организация оптимального движения пылегазового потока в сепарационномэлементе является определяющим фактором, обеспечивающим создание аппара-тов центробежного типа с высокими рабочими характеристиками. Однако до сихпор не установлены не только характер и степень влияния многих из перечислен-ных выше параметров на аэродинамику несущего потока, но и то, какое распреде-ление составляющих скорости несущей среды отвечает максимальной эффектив-ности разделения. Основными режимными параметрами аппаратов центробежно-го типа, определяющими аэродинамику сепарационного элемента, являются угло-вая скорость вращения ротора ƒ, объемный расход несущего потока через зонусепарации q и интегральная по высоте канала окружная скорость потока на входеvƒ0. К геометрическим параметрам канала относятся радиус входа в зону сепара-ции R0, высота канала на входе h0 и зависимость высоты канала от радиусаh = h(R). Все эти параметры могут быть обобщенны в безразмерном виде. Первыедва из них можно представить по аналогии с критерием Рейнольдса какReq = q/2ƒR0ƒ - безразмерное интегральное значение радиальной скорости, выра-жающее соотношение сил инерции и вязкости, обусловленных течением несущейсреды, и Reƒ = ƒR20/ƒ - модифицированное число Рейнольдса, выражающее от-ношение инерционных сил за счет вращения границ сепарационного элемента ксилам вязкости потока, где ƒ - кинематическая вязкость газа [5].За масштаб скорости в окружном и радиальном направлениях примем линей-ную скорость обода ротора ƒR0 и начальную закрутку запишем как vϕ0 = Vϕ0/ƒR0.Относительная ширина канала ƒ = h0/R0, а уравнение профиля сепарационногоэлемента имеет вид f (r) = h(R)/h0, где r = R/R0 - безразмерный текущий радиус зо-ны сепарации.Основная задача разработки и изготовления экспериментального стенда,включающего классификатор ВЦК-1000 с производительностью до 2000 кг/ч поисходному продукту (рис. 1), состояла в изучении моделирования процессов воз-душно-центробежной классификации частиц на установках промышленного на-значения и большей мощности. В то же время большие габариты (по сравнению склассификаторами типа ВЦК-9 [NbF]) ВЦК-1000 позволили применить в данномслучае шаровой зонд для изучения аэродинамики входного участка сепарацион-ного элемента.Экспериментальный стенд (рис. 1) включает дозатор 1, обеспечивающий прискорости вращения шнека 20 - 130 об/мин производительность 300 - 2000 кг/ч,блок сепарации 3, систему пылеулавливания, состоящую из улиточного пылекон-центратора 7 и выносных циклонов 4 и 5, подсоединенных к трубопроводу отса-сывающего вентилятора ВВД-9. Скорость вращения ротора ВЦК и шнека дозато-ра регулировалась с блока управления 2 и регистрировалась тахометром. Для ре-гистрации расхода воздуха через ВЦК и его сопротивления установлен коллектор8 и дифференциальные манометры 9, 10. Для измерения компонент вектора ско-рости служит шаровой зонд 11, подсоедененный к пятиканальному микромано-метру 12.2 3 9 11 4567128 101Рис. 1 Экспериментальный стенд исследования аэродинамики зоны сепарациина базе классификатора ВЦК-1000Исследования на представленном стенде проводились следующим образом.Включался вентилятор ВВД-9 и определялся расход воздуха через блок сепара-ции. Устанавливалась заданная скорость вращения ротора ВЦК. Порция материа-ла взвешивалась и засыпалась в бункер дозатора. Включался дозатор, и регистри-ровалось время прохождения всего материала. Крупный и мелкий продукты раз-деления извлекались из бункеров блока сепарации и циклонов, взвешивались, ипроводился ситовой или микроскопический анализ продуктов разделения.Шаровой зонд (рис. 2) изготовлен с диаметром шара dш = 6 мм, диаметр шейкиравен 0,5dш. Диаметр трубок составил 0,08 dш. Ствол зонда выполнен из трубки свнутренним диметром 5 мм. Длина шейки 40 мм. Угол между осями центральногои боковых отверстий составляет 40. Чтобы ослабить влияние зонда на воздуш-ный поток, зонд изготовлен с отогнутой назад по направлению потока шейкой.Дополнительным достоинством такой конструкции является большая степень ло-кализации точки измерения, поскольку ось ствола совмещается с устьем цен-трального отверстия. Тарировачные графики для изготовленного зонда приведенына рис. 3.1432 5Рис. 2. Шаровой зонд исследования аэродинамики зоны сепарации ВЦК.1 - 5 - отверстия ввода воздушного потокаРис. 3. Тарировочные графики шарового зондаОтносительная погрешность измерения скорости может быть рассчитана поформуле [6]U 0,5 (P) ,U Pƒ ƒƒ ƒƒ= +ƒ ƒгде ƒ(ƒP)/ƒP - относительная погрешность измерения динамического напора; аƒƒ/ƒ относительная погрешность измерения плотности, равная относительной по-грешности измерения температуры ƒT/T, так как ƒ ~ T. Относительная ошибкаизмерения динамического напора может быть оценена по формуле1 2( ) P 1 P P dP y 100 %P P dyƒƒƒ =ƒ ⎢⎣⎡ƒ +ƒ +⎝⎛⎜ ƒ ⎠⎞⎟⎦⎤⎥⋅,где ƒP1 - абсолютная ошибка, обусловленная непостоянством режима; ƒP2 − аб-солютная ошибка, связанная с неточностью отсчета по шкале прибора микрома-нометра;dP ydy⎛⎜ ⎞⎟ ƒ⎝ ⎠- абсолютная ошибка, связанная с неточностью установки пневмометрическогозонда в данной точке.Для оценки относительной погрешности измерения динамического напораиспользуются следующие характерные значения: ƒP = 1 мм вод. ст.; ƒP = 0,5 ммвод. ст.; ƒy = 0,1 мм. Подстановка этих значений в расчетную формулу дает отно-сительную погрешность динамического напора:( ) 1 [1 0,5 0,1] 100 % 2,5%100PPƒ ƒ= ⋅ + + ⋅ =ƒ.В действительности ошибка в определении величины динамического напора не-сколько больше, так как на погрешность измерения влияют и другие факторы [7].Погрешность измерения компонент вектора скорости газового потока для изу-чаемых сепарационных элементов ВЦК составляла не более 10 %.На рис. 4. приведена схема исследования аэродинамики входного участка зонысепарации с радиусом R02 = 0,250 м.zh00,210,420,630,841,05RR0 R01,12 1,08 1,04 1 0,92 0,91 0h0abcdeРис. 4. Схема исследования аэродинамики зоны сепарациив классификаторе ВЦК-1000Представленный стенд позволяет исследовать влияние основных значимыхфакторов на аэродинамику воздушного потока в сепарационном элементе и про-цессы воздушно-центробежной классификации частиц и представляет собой фи-зическую модель центробежной сепарации в воздушном потоке, которая отвечаетследующим основным требованиям:- изменение геометрии канала с различными входными радиусами R0 и высо-той h0 сепарационного элемента;- регулирование в широких пределах расходной концентрации порошка;- регулирование в широком диапазоне скорости вращения ротора и расходанесущей среды.Экспериментальные результаты для установки ВЦК-1000 приведены на рис. 5.При тангенциальном подводе основного потока воздуха начальная закрутка фор-мируется в соответствии с расходом и в дальнейшем слабо реагирует на измене-ние скорости вращения сепарационного элемента.0 2 4 60,50,75v0Reƒ⋅10-5Рис. 5. Влияние условий ввода основного потока на величинуокружной составляющей скорости несущей среды на входев сепарационный элемент:

Скачать электронную версию публикации