Simulation of aerodynamics of a swirling turbulent flow in the expanding channel of an air-centrifugal classifier | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2025. № 96. DOI: 10.17223/19988621/96/12

Simulation of aerodynamics of a swirling turbulent flow in the expanding channel of an air-centrifugal classifier

Air-centrifugal classifiers are promising devices for the highly efficient fractional separation of powder materials by size. To improve the sharpness of the separation of solid particles in centrifugal devices, a uniform distribution of the carrier gas flow velocities is required. This article studies the aerodynamics of a swirling turbulent flow in a classifier with a particle separation zone of various geometries. The turbulence is simulated using the RANS method and the Wilcox turbulence model. To assess the classification efficiency, an engineering approach determining the average velocity of the particles with sizes close to a limiting size is proposed. A comparison of the modeling results with the experimental data and test study results justifies their reliability.

Download file

Counter downloads: 3

Keywords

numerical modeling, Reynolds equations, turbulence model, curvilinear coordinates, centrifugal classifier

Authors

Name	Organization	E-mail
Solomakha Artyom E.	Tomsk State University	solomahaartem@yandex.ru
Shvab Aleksandr V.	Tomsk State University	avshvab@inbox.ru

Всего: 2

References

Гропянов А.В., Ситов Н.Н, Жукова М.Н. Порошковые материалы : учеб. пособие. СПб.: ВШТЭ СПбГУПТД, 2017. 74 с.

Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 2004. 750 с.

Алексеенко С.В., Окулов В.Л. Закрученные потоки в технических приложениях (обзор) // Теплофизика и аэромеханика. 1966. Т. 3, № 2. С. 101-138.

Волков К.Н., Емельянов В.Н. Течения и теплообмен в каналах и вращающихся полостях. М.: Физматлит, 2010. 488 с.

Кафаров В.В., Дорохов И.Н. Системный анализ процессов химической технологии. М.: Наука, 1976. 499 с.

Гупта А., Лилли Д., Сайред Н. Закрученные потоки. М.: Мир, 1987. 588 с.

Пономарев В.Б. Расчет и проектирование оборудования для воздушной сепарации сыпу чих материалов. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2017. 96 с.

Росляк А.Т., Зятиков П.Н. Воздушно-центробежная классификация микропорошков. Томск: ТМЛ-Пресс, 2010. 140 с.

Волков К.Н., Емельянов В.Н. Течение газа с частицами. М.: Физматлит, 2008. 600 с.

Соломаха А.Е., Шваб А.В. Моделирование аэродинамики закрученного турбулентного потока в воздушно-центробежном классификаторе // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2024. № 87. С. 150-162. doi: 10.17223/19988621/87/12.

Shvab A.V., Khairullina V.Yu. Effect of an unsteady swirled turbulent flow on the motion of a single solid particle // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2011. V. 52 (1). Р. 37-42.

Евсеев Н.С., Жуков И.А., Бельчиков И.А. Исследование аэродинамики и процесса фракционного разделения мелкодисперсных частиц в сепарационной камере // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2023. № 83. С. 74-85. doi: 10.17223/19988621/83/7.

Василевский М.В., Полюшко В.А., Романдин В.И., Евсеев Н.С., Жуков И.А., Зиатдинов М.Х., Марченко Е.С., Жилина Л.А. Теоретические и экспериментальные исследования процесса классификации в зависимости от характера скоростного взаимодействия частиц TiN в пневмоизмельчителе с псевдоожиженным слоем // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2023. № 85. С. 74-89. doi: 10.17223/19988621/85/6.

Маликов З.М., Мадалиев М.Э. Математическое моделирование турбулентного течения в центробежном сепараторе // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2021. № 71. С. 121-138. doi: 10.17223/19988621/71/10.

Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей. М.: Мир, 1987. Т. 2. 552 с.

Андерсон Д., Таннехилл Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидромеханика и теплообмен. М.: Мир, 1990. Т. 2. 726 с.

Степанов В.В. Курс дифференциальных уравнений. М.: Физматлит, 1959. 468 с.

Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1987. 840 с.

Wilcox D.C. Turbulence Modeling for CFD. DCW Industries, 2006. xxii, 515 р.

Avelius K., Johansson A.V. Direct numerical simulation of rotating channel flow at various Reynolds numbers and rotation number: PhD thesis / Dept. of Mechanics, KTH, Stockholm, 1999.

Турубаев Р.Р., Шваб А.В. Численное исследование аэродинамики закрученного потока в вихревой камере комбинированного пневматического аппарата // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2017. № 47. С. 87-98. doi: 10/17223/19988621/47/9.

Шваб А.В., Соломаха А.Е. Численное моделирование аэродинамики воздушно-центробежного классификатора // Известия вузов. Физика. 2021. Т. 64, № 2-2. С. 155-161. doi: 10.17223/00213411/64/2-2/155.

Singh A., Vyas B.D., Powle U.S. Investigations on inward flow between two stationary parallel disks // J. Heat Fluid Flow. 1999. V. 20. Р. 395-401.