Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Особенности работы, конструирования и расчета гидроциклонов
1.1. Анализ возможностей практического применения гидроциклонов в составе гидравлических машин, устройств, аппаратов и гидропневмоагрегатов
1.1.1. Основные типы гидроциклонов и их целевое назначение 16
1.1.2. Основные особенности работы цилиндроконических гидроциклонов-классификаторов
1.1.3. Основные способы изменения гидродинамической обстановки в цилиндроконических гидроциклонах-классификаторах
1.2. Особенности процесса классификации суспензий в цилиндроконических гидроциклонах малых размеров с инжекцией
1.2.1. Основные характеристики цилиндроконических гидроциклонов-классификаторов
1.2.2. Анализ компонент скорости движения дисперсионной среды в цилиндроконических гидроциклонах
1.2.3. Особенности описания движения дисперсной фазы в цилиндроконических гидроциклонах
1.2.4. Изменение характеристик разделения цилиндроконических гидроциклонов-классификаторов малых размеров при помощи инжекции
1.3. Методы расчета характеристик цилиндроконических гидроциклонов-классификаторов малых размеров
1.3.1. Анализ подходов к описанию процессов в цилиндроконических гидроциклонах-классификаторах малых размеров
1.3.2. Особенности применения динамических подходов при расчете характеристик цилиндроконических гидроциклонов-классификаторов малых размеров
1.3.3. Применение феноменологического подхода при расчете характеристик цилиндроконических гидроциклонов-классификаторов малых размеров
1.3.4. Вероятностно-статистические методы расчета процесса разделения дисперсных систем в цилиндроконических гидроциклонах-классификаторах малых размеров
Выводы по главе 1, постановка цели и задач исследований 85
Глава 2. Теоретическое исследование процесса разделения полидисперсных систем в цилиндроконических гидроциклонах-классификаторах с инжекцией
2.1. Расчетная схема движения частиц дисперсной фазы в аппарате 88
2.2. Вероятностно-статистическая модель процесса разделения полидисперсных систем в цилиндроконических гидроциклонах-классификаторах с инжекцией
2.3. Исследование асимптотических свойств разработанной модели 101
2.4. Определение характеристик разделения суспензий в цилиндроконических гидроциклонах-классификаторах с инжекцией
Выводы по главе 2 118
Глава 3. Экспериментальные и модельные исследования характеристик цилиндроконических гидроциклонов-классификаторов малых размеров с инжекцией
3.1. Методика экспериментального и модельного исследования характеристик классификационных аппаратов
3.1.1. Универсальный экспериментальный стенд для исследования характеристик классификационных аппаратов Стр.
3.1.2. Методика экспериментального исследования характеристик классификационных аппаратов
3.1.3. Методика экспериментального исследования разделяющей способности классификационных аппаратов
3.1.4. Методика проведения модельных исследований структуры основных потоков в классификационных аппаратах на основе вычислительного эксперимента
3.1.5. Методика нахождения основных определяющих параметров разработанной модели процесса разделения полидисперсных систем в классификационных аппаратах
3.2.Результаты исследования основных характеристик цилиндроконических гидроциклонов-классификаторов малых размеров с инжекцией
3.2.1. Результаты экспериментальных исследований общей производительности классификационных аппаратов при различных способах инжектирования
3.2.2. Результаты экспериментальных исследований изменения значения сплит-параметра в классификационных аппаратах с инжекцией
3.2.3. Результаты модельных исследований гидродинамических характеристик классификационных аппаратов
3.3. Результаты экспериментальных исследований разделяющей способности цилиндроконических гидроциклонов-классификаторов малых размеров с инжекцией
3.3.1. Результаты экспериментальных исследований функции эффективности разделения частиц в классификационных аппаратах
3.3.2. Результаты исследований особенностей конструктивного оформления инжектора
3.3.3. Выбор основных определяющих параметров процесса разделения суспензий в классификационных аппаратах
3.4. Результаты модельных исследований разделяющей способности цилиндроконических гидроциклонов-класссификаторов малых размеров с инжекцией
3.4.1. Результаты определения коэффициентов детерминированных составляющих процесса классификации
3.4.2. Результаты определения коэффициента интенсивности случайных составляющих процесса классификации
3.5. Результаты проверки адекватности предложенной модели 184
Выводы по главе 3 186
Глава 4. Инженерная методика расчета характеристик цилиндроконических гидроциклонов-классификаторов малых размеров с инжекцией
4.1. Расчет основных технологических характеристик классификационных аппаратов
4.2. Расчет характеристик процесса классификации твердых частиц в классификационных аппаратах
4.3. Пример расчета процесса классификации твердых частиц в цилиндроконическом гидроциклоне малого размера с инжекцией
Выводы по главе 4 204
Общие выводы 205
Список литературы
- Основные особенности работы цилиндроконических гидроциклонов-классификаторов
- Анализ подходов к описанию процессов в цилиндроконических гидроциклонах-классификаторах малых размеров
- Вероятностно-статистическая модель процесса разделения полидисперсных систем в цилиндроконических гидроциклонах-классификаторах с инжекцией
- Результаты экспериментальных исследований разделяющей способности цилиндроконических гидроциклонов-классификаторов малых размеров с инжекцией
Основные особенности работы цилиндроконических гидроциклонов-классификаторов
Гидромеханические процессы очистки, разделения и классификации полидисперсных систем находят все более широкое применение в различных областях промышленности и машиностроения для обеспечения промышленной чистоты рабочих сред, получения целевого продукта, комплексной переработки сырья, рационального использования природных ресурсов, а также решения различных задач экологической безопасности [9,10,16,48,73,115,145,185]. Указанные процессы входят в состав многих современных промышленных производств, таких как нефтехимическое, горнорудное, угольное, химическое, микробиологическое, пищевое, лакокрасочное и ряд других [2,6,37,73,89, 92,93,108,121,179]. В этих процессах, как правило, приходится осуществлять обработку как двухкомпонентных, так и многокомпонентных, разбавленных и концентрированных суспензий и водных дисперсных систем, обычно обладающих полидисперсным составом с размером частиц дисперсной фазы менее 100 мкм. Эта обработка сводится к частичному или к полному разделению дисперсной системы по фазовому, химическому и элементному составу, либо к классификации дисперсной фазы на две или несколько фракций [9,42,73,99,123,179,187].
Одним из универсальных видов оборудования для осуществления процессов обработки дисперсных систем являются гидроциклоны. Аппараты этого типа являются составной частью многих гидравлических машин, устройств, аппаратов и гидропневмоагрегатов, используемых при решении большого числа производственных, технических и технологических задач, включая проблемы экологии, надежности и безопасности [9,10,16,28,37,42,48,49,73,89,104, 108,129,179].
Основные подходы к разработке этих аппаратов, как правило, базируются на различиях в их целевом назначении. По этому признаку аппараты обычно подразделяют на следующие основные группы [4,107,108]: гидроциклоны для проведения массообменных процессов, гидроциклоны для разделения эмульсий и несмешивающихся жидкостей, гидроциклоны-осветлители, гидроциклоны-сгустители, гидроциклоны-классификаторы.
Аппараты первых двух групп имеют свои специфические особенности, образуют самостоятельные направления в технике гидроциклонирования [4,18,45,108] и в настоящей работе детально не анализируются.
Последние три группы гидроциклонов предназначены для обработки дисперсных систем «жидкость-твердое тело» [79,90,92,93,108,121,126,179].
Гидроциклоны-осветлители преимущественно используются в составе гидравлических машин, устройств, аппаратов и гидропневмоагрегатов для очистки сред от твердых включений в технологических процессах, связанных с очисткой целевых, рабочих и технологических жидкостей от сопутствующей твердой фазы [9,47-49,115], а также при обработке сточных вод для обеспечения экологической безопасности [10,16,42,93,99,123].
Гидроциклоны-сгустители применяются для выделения твердой фазы из суспензий и пульп и сгущения ее до высоких концентраций порядка 50-70% [90,107,108]. Гидроциклоны-классификаторы в основном предназначены для тонкой очистки жидкостей и фракционного разделения в жидкостных потоках твердых частиц и зернистых материалов по крупности [7,46,58,66,107,108,143]. Для решения многих технических и технологических задач все группы гидроциклонов находят широкое применение при обработке, очистке, разделении, обогащении, сгущении, осветлении и классификации самых разнообразных по составу и свойствам дисперсных систем [9,10,42,48,73,90,93,108,115,116,123,126,128,143,145,179]. Гидроциклоны в составе гидромашин, устройств, аппаратов и агрегатов составляют конкуренцию фильтрам [9,48,73] и центрифугам [9] и являются составной частью системы очистки рабочих жидкостей [9,47–49,109,115]. В частности, известно применение гидроциклонных аппаратов в составе гидроагрегатов нефтедобывающей промышленности [28,108]. Пример использования гидроциклонов в составе нефтяных насосных магистральных агрегатов представлен на Рисунке 1.1 [28].
Широко известно применение гидроциклонов для тонкой очистки различных технологических жидкостей в других отраслях промышленности [9,47-49,108,109], а также при решении широкого ряда экологических задач, в частности, в процессах водоподготовки [8,16,99,108]. При этом авторы [8] отмечают, что применение гидроциклонов в водоподготовке неоправданно мало.
Согласно СНиП 2-04-03-85 [101] в канализационных наружных сетях и сооружениях гидроциклоны могут использоваться не только в качестве вспомогательной, но и в качестве самостоятельной ступени очистки сточных вод. К определяющим параметрам процесса очистки можно отнести способ обеспечения необходимой движущей силы процесса (напорные и безнапорные гидроциклоны), расходные характеристики аппарата, массовые и/или объемные концентрации загрязнений в очищаемых потоках, осредненную гидравлическую крупность примесей, граничное зерно разделения и ряд других технологических параметров. Причем дисперсный или фракционный состав загрязнений, также как и функция эффективности разделения гидроциклонов, обычно рассматриваются лишь в качестве дополнительных характеристик.
В некоторых современных технологиях обработки сточных вод, где фракционный состав загрязнений и фракционная функция эффективности разделения частиц в гидроциклонах являются определяющими параметрами, широкое применение получили гидроциклоны-классификаторы. Составляя конкуренцию центрифугам, гидроциклоны-классификаторы могут быть использованы для локальной очистки сточных вод, когда требуется выделение мелкодисперсных загрязнений при невозможности их извлечения с помощью реагентов [10,57] или же когда тонкодисперсный осадок представляет собой ценный продукт, предназначенный для дальнейшего использования [10,16,42,108,123,179].
В работе [10] указывается на возможность применения гидроциклонов-классификаторов в технологиях мелкофракционного извлечения извести из осадка водоочистных сооружений.
Кроме того, известно применение гидроциклонов-классификаторов в системах мокрой классификации твердых отходов [10], где указанные аппараты используются для отделения утилизируемых твердых материалов от менее ценных.
При осуществлении процессов очистки почв гидроциклоны могут применяться в качестве предварительной ступени очистки [33,162,187]. Это связано с тем, что имеющиеся в почве различного характера загрязнения обычно распределяются неравномерно и в основном концентрируются в мелкодисперсной части минеральной компоненты из-за ее высокой удельной поверхности [32,33]. При этом сильнозагрязненные высокодисперсные фракции обычно необходимо отделить от остального относительно чистого материала, чтобы снизить нагрузку на последующие ступени очистки, осуществляемые при помощи биологических, химических или термических методов. В этом случае гидроциклон-классификатор может занимать в составе технологической установки одно из центральных мест (Рисунок 1.2) и во многом определять эффективность ее работы в целом [187].
Анализ подходов к описанию процессов в цилиндроконических гидроциклонах-классификаторах малых размеров
При проведении различных технологических процессов с использованием цилиндроконических гидроциклонов-классификаторов малых размеров возникает ряд проблем, ограничивающих возможности применения данных аппаратов. К ним можно отнести: изменение показателей классификации при колебаниях расхода, концентрации и состава твердой фазы на входе в аппарат [4,108], невозможность получения абсолютно чистого продукта классификации при обработке тонких суспензий [108,143], наличие «fish hook» эффекта и ряд других [126,143]. Кроме того, для нормальной работы указанных аппаратов необходимо производить плавный ввод суспензии на входе в гидроциклон, осуществлять снижение турбулентных пульсаций, проводить точную регулировку объемных расходов продуктов классификации [4,108]. Это может быть обеспечено не только разработкой оригинальных конструкций [108], но и с помощью изменения гидродинамической обстановки в гидроциклоне за счет внешнего активного воздействия [108,126,143] (Рисунок 1.8).
Существует несколько подходов к изменению гидродинамической обстановки в аппаратах и, соответственно, характеристик процессов классификации в гидроциклонах цилиндроконического типа [11,14,108,126,143,166,176]. Однако многие из них из-за относительной сложности реализации и конструктивного оформления не находят широкого практического применения [166,176].
По мнению ряда авторов [126,134,139,143,144,149,168,188], наиболее эффективным способом активного воздействия на гидродинамическую обстановку в гидроциклоне является формирование в аппарате некой дополнительной силы (например за счет инжекционной струи), поперечно направленной к основному потоку разделяемой дисперсной системы, которая способна предоставить возможность активного воздействия на характеристики классификации. С использованием автоматического управления подобный подход позволяет варьировать параметры инжекционной струи и добиваться требуемого классификационного эффекта. При этом автоматический контроль процесса управления может осуществляться, например, по значению угла факела распыления сгущенного продукта из нижнего слива аппарата [166,170].
Способ подвода дополнительной струи воды (инжекции) известен достаточно давно [108,126,143,144,149,168]. Обзор патентной литературы показал, что существуют различные варианты конструктивного оформления данного способа [20,21,22,180], некоторые из которых показаны на Рисунке 1.9.
Отдельные зарубежные компании [144,168,188,189], занимающиеся производством гидроциклонов-классификаторов для промышленности, выпускают модель с инжектором и встроенным усеченным конусом внутри аппарата (Рисунок 1.9,г).
Представленные выше конструкции в целом различаются высотой расположения инжектора для подвода воды, количеством струй, наличием дополнительных вставок. Это указывает на то, что проблема определения высоты расположения инжектора относительно нижнего сливного отверстия и определения его оптимальной конструкции до настоящего времени не получила окончательного разрешения.
По данным работы [139], эта конструкция обеспечивает максимальную эффективность инжекционного воздействия. Кроме того, общая длина конической части аппарата и всего гидроциклона-классификатора в целом остается практически неизменной. Отсутствие дополнительных встроенных элементов внутри аппарата позволяет сохранить внутреннюю геометрию гидроциклона, а, следовательно, сохранить подобие структуры основных потоков жидкости в аппарате, что является определяющим фактором при разработке методов расчета технологических характеристик подобных аппаратов.
Таким образом, можно сделать вывод, что конструктивные параметры цилиндроконических гидроциклонов-классификаторов малых размеров с инжекцией можно рассматривать в качестве одних из основных характеристик таких аппаратов. Авторы [76,139] считают, что в цилиндроконических гидроциклонах-классификаторах малых размеров с инжекцией инжекционная струя, пробивая основной поток суспензии в гидроциклоне-классификаторе, будет выносить самые мелкие фракции из пристеночной зоны к оси аппарата, где мелкие частицы будут подхватываться восходящим потоком и выноситься через верхнее сливное отверстие гидроциклона, тем самым обеспечивая повышение качества разделения.
Однако подобная гипотеза была выдвинута лишь на эвристическом уровне, поскольку механизмы влияния изменения гидродинамической обстановки на характеристики работы аппаратов окончательно не раскрыты.
Это связано с тем, что разработка данного метода находится лишь на начальном этапе практической реализации. При этом остаются открытыми вопросы определения технологических параметров процесса и конструктивного оформления гидроциклонов-классификаторов малых размеров с инжекцией. В частности, определение характеристик аппаратов, конструктивного оформления инжектора, включая количество инжекционных отверстий, симметричность и направление ввода инжектируемых струй относительно основного потока и ряд других. Следует особо подчеркнуть, что данные о характеристиках работы гидроциклонов-классификаторов малых размеров с инжекцией в настоящий момент не только отсутствуют, но и даже не сформулированы, и специалисты вынуждены базироваться на фрагментарных экспериментальных исследованиях, комплексное проведение которых не было реализовано. При этом они вынуждены обращаться к опыту применения гидроциклонов в смежных областях, что может приводить не только к ошибочным решениям, но и непосредственно влиять на безопасность протекающих процессов.
Вероятностно-статистическая модель процесса разделения полидисперсных систем в цилиндроконических гидроциклонах-классификаторах с инжекцией
При этом выражения (2.36) и (2.37) связаны очевидным соотношением T + D = 1. Фактически это означает принятие допущения о том, что рабочая стенка аппарата не оказывает непосредственного влияния на дальнейшее поведение частицы любого размера и любая стоксовская безынерционная частица дисперсной фазы, достигшая этой стенки, при х = 1 рано или поздно попадает в нижний слив. В противном случае она поступает в верхний слив.
Распределения (2.29), входящие в состав характеристик (2.36) и (2.37), являются трехпараметрическим семейством кривых и формально (после некоторых преобразований) совпадают с универсальными эмпирическими формулами Свенссона и Авдеева [54]. Последние описывают аналитические формы кривых распределения частиц продуктов измельчения. Кроме описания числа капелек в облаках в зависимости от их размера [54]. Однако в отличие от последних распределений, которые получены эмпирическим путем, распределения (2.29) могут быть отнесены к разряду теоретических формул, поскольку они были найдены исходя из вполне конкретных физических предпосылок. При этом все эти распределения можно рассматривать как обобщение большинства известных эмпирических и теоретических законов статистического распределения случайных величин. В частности, при определенных значениях параметров они могут быть преобразованы в нормальный закон Гаусса, в законы Максвелла, Пирсона и другие статистические закономерности, а также формулы Розина-Раммлера, Годена-Андреева-Шумана, Ромашова и т.п.
Вместе с тем необходимо отметить, что, несмотря на разработанные механизмы применения (специальные таблицы и методы вычисления) трехпараметрических универсальных эмпирических формул, эти процедуры находят весьма ограниченную область применения из-за своей относительной сложности.
В результате, поиск дополнительных обоснованных допущений, направленных на упрощение вида распределения (2.29) путем сокращения количества определяющих параметров следует признать не только обоснованным, но и практически значимым.
Для решения этой задачи обратимся к рассмотрению одного важного свойства нормального распределения Гаусса - к свойству статистического самоподобия [55], которое можно записать в следующем виде: Law(xaa,a 0) = Law(bxa,a 0). Эта запись означает, что для любых а 0 и Ь 0 две случайные величины хаа и Ъха имеют одинаковое распределение, в частности одни и те же математические ожидания и дисперсию. Тогда, например, для характеристики разделения Т можно записать: s2]
При этом замена переменных s = 4?и в последнем интеграле сводит его к предыдущему. Непрерывная функция эффективности разделения частиц остается неизменной при преобразовании переменных s = ks аа=к2а2, где к = 4? - коэффициент масштаба, то есть если масштабы радиуса аппарата меняются в к раз, то для неизменности нормальной функции разделения Т масштаб дисперсии следует изменить в к2 раз. Иначе говоря, в нормальном распределении имеет место одинаковый результат при замене либо s = ks, либо &2 =к2а, соответствующий инвариантному преобразованию функции.
Поскольку для относительно крупных частиц разделяемой дисперсной системы 1 и распределения (2.24) и (2.29) стремятся к -образным предельным распределениям, хорошей аппроксимацией которых является нормальный закон распределения, можно считать что здесь свойство статистического самоподобия (2.24) и (2.29) будет выполняться с необходимой точностью. Для средних и относительно мелких частиц можно предположить, что это свойство будет выполняться лишь частично, только в интегральных оценках величины Т, так как здесь распределения (2.24) и (2.29) имеют координаты абсцисс моды в области х 1, а при х 1 обладают ниспадающими «хвостами» е ши е-"1 " примерно одинаковой площади. При этом частичное самоподобие распределений (2.24) и (2.29) для интегральных оценок величины Т можно записать в виде:
Выражение (2.38) показывает, что изменение масштаба величины показателя степени (а =ях) для интегральных оценок величины Т должно приводить к тому же самому результату, что и изменение масштаба величины постоянного коэффициента (Ь = рЪ). Полагая ва=\, приходим к выводу, что при соответствующем выборе РЬ трехпараметрическое распределение (2.29) в части интегральных оценок может быть сведено к более простому двухпараметрическому распределению (2.24). При этом отсутствие строго математического доказательства выполнения соотношения (2.38) требует его экспериментальной проверки.
Определяющее воздействие коэффициента b в рассматриваемой модели не заканчивается лишь возможностями масштабирования и учета интенсивности случайных составляющих классификационного процесса. Кроме того, на этот коэффициент возлагается также учет влияния стенок и коллективного поведения частиц в рабочей части аппарата и ряда других факторов. К последним в первую очередь следует отнести гидродинамические особенности потоков в аппарате и физико-химические свойства разделяемой дисперсной системы и так далее.
Очевидно, что детальное теоретическое исследование всех факторов, которые учитывает коэффициент b, включая проявление «fish-hook» эффекта, является самостоятельной междисциплинарной задачей, далеко выходящей за рамки данной работы. В связи с этим уже на самом первом этапе рассуждений откажемся от использования «точных» законов - физических, физико-химических, гидродинамических, кинетических и т.п. Воспользуемся другим подходом - феноменологическим, базирующимся на приближенных эвристических соображениях, которые следуют из этих «точных» законов. В прикладных технических исследованиях такой подход обладает, по меньшей мере, одним достоинством - ясностью представления физических явлений и интерпретации полученных результатов.
Проводя аналогию с физическими процессами переноса и, в частности, с диффузионными процессами [98], можно утверждать, что в стационарном состоянии осредненная «диффузионная» скорость движения частиц v(dч) = vd с размером dч может быть определена в пространстве x через некоторый осредненный коэффициент интенсивности случайных составляющих этих частиц
Результаты экспериментальных исследований разделяющей способности цилиндроконических гидроциклонов-классификаторов малых размеров с инжекцией
Определение общей производительности исследуемых образцов гидроциклонов-классификаторов осуществлялось путем подачи в аппарат чистой дисперсионной среды в стационарных условиях с регистрацией расходных характеристик на выходе из гидроциклона объемным методом. Одновременно производилась регистрация давления с помощью манометра 5 на входе в аппарат и контроль инжекционного расхода с помощью цифрового расходомера (Рисунок 3.1). При этом общий расход на входе в гидроциклон определялся путем суммирования расходов на выходе из исследуемого образца с последующим вычитанием значения инжекционного расхода.
На первом этапе исследования проводились для образца гидроциклона d50 при конструкциях инжектора: T1, T2, T4, R2, R4. В процессе исследований расход на входе в гидроциклон изменялся от 710-4 до 1,310-3 м3/с (от 42 до 79 дм3/мин) с погрешностью результатов измерений не более 15%, расход инжектированной воды изменялся от 0 до 1,3310-4 м3/с (0 до 8 дм3/мин) с шагом 3,310-5 м3/с (2 дм3/мин) с аналогичной погрешностью.
На следующем этапе исследований серия экспериментов была повторена для образца гидроциклона d25 с инжектором конструкции T1 при расходах на входе от 1,610-4 до 2,310-4 м3/с (от 9,8 до 13,8 дм3/мин), расход инжектированной воды изменялся от 0 до 3,310-5 м3/с (от 0 до 2 дм3/мин) с шагом 1,710-5 м3/с (1 дм3/мин).
Независимо от этапа исследований производилось вычисление сплит-параметра по зависимости (1.2) с относительной погрешностью не более 15%.
На последнем этапе производилась статистическая обработка полученных данных по известным методикам.
Методика экспериментального исследования разделяющей способности классификационных аппаратов
С целью определения функции эффективности разделения частиц в образцах цилиндроконических гидроциклонов-классификаторов малых размеров с инжекцией была разработана методика ее определения, базирующаяся на методе отбора проб.
После выхода стенда на стационарный режим работы отбирались пробы суспензии объемом 1л на входе в гидроциклон и из нижнего слива. Полученные пробы взвешивались на аналитических весах для последующего определения концентрации. В дальнейшем полученные результаты обрабатывались в виде зависимости: T di) = mi н/mi в х, (3.1) где miн - массовая доля частиц /-ой фракции, поступивших в пробу из нижнего слива гидроциклона, mв х - массовая доля частиц, поступившая в гидроциклон.
Пробы, отобранные на входе и выходах из аппарата, после предварительной обработки анализировались при помощи фракционного лазерного анализатора Malvern 2000 с разрешающей способностью 0,01 мкм (Рисунок 3.6,а).
Представительность отобранных из стенда проб обеспечивается их предварительной подготовкой с помощью гравитационного разделителя и магнитной мешалки (Рисунок 3.6,б, 3.6,в). Перед подачей анализируемой пробы в прибор ее необходимо разбавлять до уровня объемных концентраций порядка 0,004 %.
Методика проведения измерения фракционного состава образца суспензии включает в себя измерение фона, создаваемого чистой дистиллированной водой, добавление и диспергирование пробы, измерение полученной суспензии, преобразование сигнала с детекторов в функцию
С целью проверки репрезентативности измерение повторяется не менее трех раз. Суммарная погрешность результатов измерения с помощью прибора не превышала 10%. В результате анализа проб при помощи анализатора Mastersizer 2000 для каждого образца были получены функции распределения частиц по размерам. В результате получены значения объемных долей частиц /-ой фракции, поступивших в пробы на входе в гидроциклон jU.в хи в нижнем сливе аппарата juн. При этом для выбранного модельного загрязнителя в результате предварительных исследований было установлено, что с необходимой точностью выполняется соотношение 1щ) = т1/т1 =//г///г .
На окончательном этапе производился расчет с целью получения значений для построения функции эффективности разделения T(dt). Методика проведения модельных исследований структуры основных потоков в классификационных аппаратах на основе вычислительного эксперимента
С целью нахождения определяющих параметров процесса классификации в цилиндроконических гидроциклонах с инжекцией были осуществлены модельные исследования гидродинамики потоков внутри аппарата на основе вычислительного эксперимента с помощью стандартного пакета прикладных программ Fluent 6.3.26.
В рамках сделанных допущений моделирование выполнялось на основе двумерного осесимметричного приближения для закрученных несжимаемых вязких турбулентных течений [75]. Для описания турбулентных напряжений использовалась модель напряжений Рейнольдса. Краевые условия задавались следующим образом:
Напряжения Рейнольдса на стенке гидроциклона определялись по методике, изложенной в [141]. Для численного решения определяющей системы уравнений проводилась дискретизация области на 41252 четырехугольные ячейки с использованием предпроцессора Gambit 2.3.16.
Решение системы уравнений количества движения и системы уравнений напряжений Рейнольдса выполнялось с помощью противопоточной схемы второго порядка точности с привлечением алгоритма PRESTO! [141] для расчета давления на гранях ячеек. Согласование между полем давления и полем скорости реализовано на основе алгоритма PISO [141].
Моделирование проведено для гидроциклона d50 с тангенциальным и радиальным двуструйными инжекторами (Т2 и R2).
Кроме того, определение гидродинамической обстановки в ограниченном объеме осуществлялось косвенным методом путем обработки результатов изменения фракционного состава [102].
