Введение к работе
Актуальность темы. Рациональное использование сырья и энергоресурсов, экологические аспекты охраны атмосферного воздуха от вредного воздействия аэрозольных выбросов промышленных предприятий являются проблемами первостепенной важности. Для решения этих вопросов применяется широкий класс аппаратов мокрой пылеочистки, использующих различные механизмы сепарации. Наиболее распространенными из них являются инерционный и центробежный. Во всех случаях гидродинамическая обстановка в аппарате должна быть организована с максимальной эффективностью и при минимальных энергозатратах. При этом наложение внешних воздействий (таких, как паро-коагуляционное укрупнение частиц, изменение поверхностного натяжения) может оказывать заметное влияние на эффективность осаждения аэрозолей. Литературные сведения о характере подобного влияния немногочисленны и противоречивы.
К группе эффективных пылеулавливающих устройств мокрого типа относятся пылеулавливающие аппараты с подвижной насадкой. Если следовать общим принципам энергетической теории пылеулавливания, то такие системы требуют разработки теоретических модельных обоснований, позволяющих провести анализ процесса путем компьютерных экспериментов.
Для высокоскоростных прямоточных газожидкостных систем необходима эффективная сепарация жидкости от газа. Процесс газожидкостной сепарации требует теоретического обоснования и эффективного аппаратурного воплощения.
В этой связи обоснование концептуальных предпосылок математического моделирования процессов сепарации, расчет и исследование технологических взаимосвязей параметров, позволяющих обеспечить эффективную и экономную сепарацию, а также обоснование рациональных конструктивных решений и рекомендаций отличаются особой актуальностью.
Работа выполнена в соответствии с координационным планом Минвуза Республики Узбекистан и включена в сводный план НИР (1993 -* 1995 гг) ТашГТУ (№ Гос. регистрации - 01.94.0002730).
Объекты исследования: процессы сепарации газожидкостного потока в сепараторе с осевым завихрителем и улавливания мелкодисперсных частиц в аппаратах с интенсивным турбулизированным слоем.
Цель работы. Проведение теоретического и экспериментального исследования гидродинамики и явлений сепарации аэрозольных частиц в турбулентно-инерционных системах высокоскоростных прямоточных аппаратов с витающей насадкой, процессов, протекающих в сепарирующем устройстве с осевым завихрителем и оценка влияния различных внешних воздействий на эффективность улавливания аэрозолей, а также внедрение эффективных пылеулавливающих аппаратов и газожидкостных сепараторов являются целью данного исследования.
Методы исследования. В исследованиях использованы методы и практические приемы математического моделирования и статистической обработки экспериментальных данных. Остаточный каплеунос определяли весовым методом, осаждая капли на фильтровальной подложке. Запыленность газового потока определяли методом внешней фильтрации на фильтрах АФА-20, дисперсный состав частиц - методом внутренней фильтрации с помощью каскадного импактора НИИОГаза.
Научная новизна. Исходя из закономерностей движения закрученного несущего газового потока, выявлены закономерности движения частиц дисперсной фазы в сепарирующем устройстве и обоснован алгоритм расчета траектории частиц.
Получены решения уравнений перемещения аэрозольных частиц в межкапельном пространстве газожидкостной системы при оценке влияния турбулентных пульсаций.
Проанализирована эффективность осаждения совокупности аэрозольных частиц с различными физическими свойствами и при варьировании гидродинамических параметров исследуемого процесса.
Обоснован алгоритм расчета процесса улавливания субмикронных аэрозолей в пылеулавливающем аппарате с витающей насадкой.
Получены эмпирические уравнения для оценки абсолютного капле-уноса, гидравлического сопротивления и эффективности осаждения в зависимости от технологических параметров процесса.
Изучено влияние паро-коагуляционного эффекта укрупнения частиц и добавки поверхностно - активных веществ в орошающую жидкость в системах с турбулизированным газожидкостным слоем.
Практическая ценность. Обоснована инженерная методика расчета конструктивных размеров газожидкостного сепаратора с осевым завихрителем. Разработан эффективный сепаратор с осевым завихрителем и цилиндрическими вставками (заявка №IHDP 99 00 313.1).
Результаты теоретических и экспериментальных исследований положены в основу конструктивного воплощения пылеулавливающего аппарата для очистки субмикронных аэрозолей.
Реализация результатов работы. По результатам опытно-промышленных испытаний разработки диссертации внедрены на заводах
-5-УзКТЖМ, Чирчиксельмаш и "Сантехлит" (г. Ахангаран) с экономическим эффектом на первый расчетный год внедрения 18712,6 тысяч сум.
Разработанный сепаратор для разделения фаз при первичной обработке газа принят к внедрению на предприятии "Мубарекгаз".
На защиту выносятся. Математические модели: перемещения капель в закрученном газожидкостном потоке в сепараторах с осевым за-вихрителем; перемещения аэрозольных частиц в межкапельном пространстве турбулизированной газожидкостной системы.
Методика экспериментальных исследований и алгоритм расчета гидродинамических параметров и определения эффективности сепарации частиц в прямоточных турбулизированных системах и капель в поле центробежных сил закрученного газожидкостного потока.
Результаты экспериментальных исследований гидродинамики и задержки субмикронных аэрозолей в высокоскоростных прямоточных системах с витающей насадкой и обоснование эффективности сепарации капель в аппаратах с осевым завихрителем.
Алгоритм расчета пылеулавливающих аппаратов и сепарационных устройств.
Апробация работы: Основные положения и результаты работы доложены, обсуждены и получили одобрение на Международной практической конференции «Проблемные вопросы механики и машиностроения» (г. Ташкент, 1993г); научно - теоретических и практических конференциях ТашГТУ (г. Ташкент, 1994г); научно - теоретической и технической конференции, посвященной 60 - летию города Чирчика (г. Чирчик, 1995г), Международной научно - теоретической и практической конференции «Проблемы и перспективы автоматизации производства и управления» (г. Ташкент, 1999г).
Публикации: По теме диссертации опубликовано 9 статей и научных журналах и сборниках научных трудов и 4 тезиса научных докладов.
Структура и объем диссертации: Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка цитированной литературы из 200 наименований и приложений. Работа изложена на 133 стр. основного текста, 16 стр. библиографии, 58 стр. приложения и проиллюстрирована 67 рисунками и 4 таблицами.
Научный консультант член-корреспондент АН РУз, доктор технических наук, профессор Юсупбеков Н.Р.