Белгород, Белгородская область, Россия
Белгородская область, Россия
ГРНТИ 67.09 Строительные материалы и изделия
ББК 383 Строительные материалы и изделия
Эффективность и энергоемкость работы систем аспирации зависят от эксплуатационных режимов оборудования, устанавливаемых в соответствии с характеристиками аспирационного потока, количественного и качественного состава пылевых частиц. Поэтому при проектировании энергоэффективных систем обеспыливания необходимо учитывать изменяющиеся траектории в полости технологических емкостей. Прогнозировать поведение частиц, определяя их оседание, либо увлечение аспирационным потоком. В работе приведены расчетные уравнения для построения траекторий пылевых частиц в зависимости от геометрических характеристик бункера и загрузочного устройства, а также физических параметров пневмотранспортного потока. Для точного учета поведения частиц в поле скоростей пневмотранспортного потока учтены, как продольная, окружная составляющие скорости, так и поперечная. В качестве исходных уравнений, приняты классические решения автомодельных движений в турбулентных струях, преобразованные в систему дифференциальных уравнений в обычных производных Показан листинг программы в универсальной математической среде Maple и графический результат расчета для частиц различной крупности: 5, 10 и 15 мкм при движении в условиях не полной веерной струи, формируемой в узле загрузки. Определена рациональность настроек загрузочного устройства, обеспечивающих траектории движения пневмотранспортного потока.
обеспыливание, энергоэффективность, траектория пылевых частиц, моделирование, проек-тирование.
Введение. Для снижения пылевыделения в рабочую зону от мест перегрузки порошкообразных материалов технологические емкости оснащаются системой обеспыливания (аспирации) [1, 2]. Эффективность и энергоемкость работы системы [3, 4] зависит от корректно подобранного, в соответствии с характеристиками аспирационного потока, состава оборудования [5, 6] и его эксплуатационного режима [7]. Пневмотранспортная загрузка материала характеризуется повышенной концентрацией пылевых частиц в емкости [8, 9]. Это объясняется значительным увеличением скорости движения и взаимодействием загружаемого потока и складированного (уложенного) материала [10, 11]. Поэтому при проектировании энергоэффективных систем обеспыливания необходимо учитывать изменяющиеся траектории пылевых частиц в полости технологических емкостей.
Методология. Для точного учета поведения частиц в поле скоростей пневмотранспортного потока необходимо учитывать, как продольную, окружную составляющие скорости, так и поперечную. Несмотря на ее малость, приводит к изменению траектории по горизонтали. Потому для задания поля скоростей, в качестве исходных уравнений, приняты классические решения автомодельных движений в турбулентных струях [12], преобразованные в систему дифференциальных уравнений в обычных производных. С последующим их решением универсальным математическим пакетом Maple [13].
Основная часть. Моделируем поведение частиц пневмотранспортной струе, поступающей в бункер через вертикальный канал диаметром . Для интегрирования исходных уравнений динамики твердых частиц [14], используем поле скоростей, описываемое системой уравнений [15]. Перейдем к безразмерной форме этих уравнений, используя в качестве характерного геометрического размера диаметр бункера
.
Тогда в соответствии с [12, 13] функции безразмерных составляющих скорости примут вид:
(1)
(2)
(3)
где ;
и
– безразмерные координаты траектории пылевой частицы. Сгруппируем коэффициенты:
(4)
где – начальная скорость потока; А, С – постоянные автомодельности.
С учетом этого систему (1)-(3) перепишем в следующем виде:
, (5)
а система уравнений, характеризующая поведение частиц примут вид:
. (6)
где – критерий Фруда,
– критерий Стокса, учитывающие действие силы тяжести и аэродинамических сил соответственно.
Результат. По полученным зависимостям составлена расчетная программа для универсального математического пакета Maple. В качестве исходных данных приняты конструктивные характеристики бункера и узла загрузки, физические характеристики потока (рис. 1. а).
а) б)
Рис.1. а) листинг расчетной программы; б) графический результат расчета
Выводы. Приведенная методика расчета позволяет определять траекторию расчета пылевых частиц, необходимую для прогнозирования концентрации пылевых частиц в аспирационном потоке. На рисунке 1 б приведен результат графического расчета в среде Maple для твердых частиц различной крупности: 5, 10 и 15 мкм при движении в условиях не полной веерной струи, формируемой в узле загрузки. Траектории соответствуют рациональным настройкам загрузочного устройства, обеспечивающего отклонение потока от строго вертикального падения, при этом направление движения частиц рассматриваемых диаметров на некотором удалении от узла загрузки оседают в полости бункера.
Источник финансирования. Грант Российского научного фонда (проект № 18-79-10025).
1. Обеспыливающия вентиляция. Монография (том 2). Монография под общ. ред. В.А. Минко. Белгород: Изд-во БГТУ. 2010. 565 С.
2. Азаров В. Н., Горбунова М.Е. Обсле-дование систем аспирации. Волгоград: Волго-градский гос. ун-т, 2005 (Волгоград: Тип. изд-ва "Станица-2"). 99 с.
3. Логачёв И.Н., Логачёв К.И., Аверкова О.А. Энергосбережение в аспирации: теоре-тические предпосылки и рекомендации. М.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая ди-намика», 2013. 504 с
4. Logachev I.N., Logachev K.I. Industrial air quality and ventilation: controlling dust emis-sions. Boca Raton: CRC Press, 2014. 417 c.
5. Посохин В.Н. Аэродинамика вентиля-ции. М.: АВОК-ПРЕСС, 2008. 205 c.
6. Азаров В.Н., Лупиногин В.В., Милова-нов А.С. Исследование дисперсного состава и аэродинамических характеристик пыли внут-ри складских помещений / Материалы Все-российская междисциплинарная научная кон-ференция. НАУКА И ПРАКТИКА - 2018 // Издательство: Астраханский государствен-ный технический университет (Астрахань), 2018.
7. Logachev I.N., Logachev K.I., Averkova O.A. An intercomponent heat transfer in a gravi-tational flow movements of particles in an in-clined chute. Coupled problems 2015 - Proceed-ings of the 6th International Conference on Cou-pled Problems in Science and Engineering. 2015. Vol. 6. Pp. 1291-1302.
8. Chenchen Fang, Jianliang Xu, Hui Zhao, Weifeng Li, Haifeng Liu. Experimental investiga-tion on particle entrainment behaviors near a nozzle in gas-particle coaxial jets // Powder Technology. 2015. Vol. 286. Pp. 55-63.
9. Семиненко А.С. Cнижение пылеобра-зования при пневмотранспортной загрузке порошкообразных материалов // Вестник Бел-городского государственного технологиче-ского университета им. В.Г. Шухова. 2018. № 4. C. 56-61.
10. Li Xiaochuan, Wang Qili, Liu Qi, Hu Yafei. Developments in studies of air entrained by falling bulk materials // Powder Technology. 2016. Vol. 291. Pp. 159-169.
11. Семиненко А.С, Логачев И.Н. Сниже-ние пылеобразования при загрузке бункеров сыпучими материалами // Вестник Белгород-ского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2006. № 14. С. 251-254.
12. Вулис Л.А., Кашкаров В.П. Теория струй вязкой жидкости. М.: Издательство "Наука", 1965. 432 с.
13. Позин Г.М., Уляшева В.М., Киборт И.Д. К вопросу применения моделей турбу-лентности при численном моделировании вентиляционных процессов // Известия выс-ших учебных заведений. Строительство. 2013. № 10 (658). С. 48-56.
14. Logachev I.N., Logachev K.I., Uvarov V.A., Seminenko A.S., Goltsov A.B., Kireev V.M. Velocity field for fan weakly swirled jet of loading spouts for fine materials // International Journal of Pharmacy & Technology. 2016. Т. 8. №4. С. 24880-24888.
15. Logachev I.N., Logachev K.I., Seminenko A.S. Basic equations of particle dynamics in silo type hoppers during pneumatic charging // Modern scientific research and their practical application. 2014. Vol. J11404. Pp. 17-24.
