ПРОВЕДЕНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ АППАРАТА ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ В ПРОГРАММНОМ КОМПЛЕКСЕ ANSYS-CFX

Усманова Регина Равилевна

канд. техн. наук, доцент, докторант УГАТУ, г. Уфа

Е-mail: Regina_u@list.ru

Рекун Антон Павлович

студент, УГАТУ, г. Уфа

Е-mail: orisung@gmail.com

Абзалова Маргарита Рамилевна

студент, УГАТУ, г. Уфа

Е-mail: margarita14r@gmail.com

REALIZATION OF COMPUTING EXPERIMENT APPARATUS FOR CLEANING GAS EMISSIONS USING ANSYS-CFX

Regina Usmanova

Candidate Technical, Associate Professor, Ph.D. UGATU, Ufa

Anton Rekun

Student UGATU, Ufa

Margarita Abzalova

Student UGATU, Ufa

АННОТАЦИЯ

Разработана гидродинамическая модель движения газопылевого потока в динамическом газопромывателе, позволяющая оценить его энергетические характеристики с учетом угла наклона лопастей завихрителя и гидравлического сопротивления газового потока, проходящего через аппарат. Проверка на адекватность гидродинамической модели показала хорошую сходимость результатов вычислительного эксперимента.

ABSTRACT

Developed a hydrodynamic model of gas flow in a centrifugal scrubbers. The model makes it possible to assess its energy performance and takes into account the angle of swirler blades and hydraulic resistance of the gas flow through the apparatus. Checking the adequacy of the hydrodynamic model showed good agreement between the results of computer simulation.

Ключевые слова: Математическое моделирование; расчетная область; гидравлическое сопротивление; закрутка потока; газоочистка; завихритель; динамический газопромыватель.

Keywords: Mathematical modeling; calculated area; hydraulic resistance; flow swirling; gas purification; swirl; dynamic scrubber

 Применяемые в настоящее время математические модели процессов газоочистки, как правило, сформированы на упрощенных теоретических представлениях о движении потоков газовзвеси. Они недостаточно учитывают режимные и конструктивные параметры аппаратов газоочистки, а также аэрогидродинамические свойства газодисперсных потоков. Необходимы более полные и адекватные математические модели, основанные на совместном исследовании аэродинамики потоков газовзвеси и происходящих в них явлений.

Программный комплекс ANSYS-14/CFX- современное средство моделирования, основанное на численном решении уравнений гидрогазодинамики [1, 2]. Гидродинамический расчет дает возможность определить гидравлическое сопротивление аппарата и предсказать эффективность процесса сепарации на стадии проектирования. 

В качестве объекта исследования рассматривался газоочистной центробежный аппарат - динамический газопромыватель. Конструкция аппарата защищена Патентом РФ [3] Экспериментальные исследования проводились при следующих данных: динамический газопромыватель диаметром 0,25 м, диаметром сепаратора 0,23 м; воздушный поток движется со скоростью W₀ от 1 м/с до 20 м/с и закручивается на 35°; пыль имеет диаметр частиц от 1 мкм до 50 мкм, плотность пыли равна 2300 кг/м³; запыленность потока 0,025 кг/м³.

В системе автоматизированного проектирования Solid Works была создана геометрическая модель динамического газопромывателя. Затем проводилось ее импортирование в программный комплекс ANSYS-14/CFX. Далее задавалась математическая модель движения газа, воды и дисперсных частиц. Модель рассчитывалась как несжимаемая жидкость и включала в себя: уравнение Навье-Стокса, уравнение неразрывности, уравнения k-ε модели турбулентности. Были заданы и расставлены граничные условия. На входе воды и запыленного газа были заданы температура и нормальная скорость, на выходе − тип границы «свободный выход». Были введены параметры расчета и метода численного моделирования, задавалась скорость вращения сепаратора. После чего генерировалась расчетная сетка, содержащая 2455125 элементов. Уравнения решались методом Рунге-Кутта 4 порядка.

На рисунке 1 представлен общий вид расчетной области.

Рисунок 1. Сеточная модель

Полученные в результате расчетов линии тока, представленные на рисунке 2, показывают, что присутствие частиц твердой фазы упорядочивает течение в аппарате, делая его регулярным. В случае крупных частиц реализуется более регулярный вихревой столб между лопаточным завихрителем и нижним выхлопным патрубком.

Рисунок 2. Линии тока дисперсной среды в осевом сечении аппарата

Дисперсная фаза распределяется в объеме аппарата неравномерно. Максимум концентрации частиц в аппарате, согласно рисунку 3, достигается на стенках улиточного ввода газа и на внутренней поверхности цилиндрической стенки. Расчетное распределение объемной концентрации частиц позволяет судить об эффективности аппарата. Следует отметить, что высокая концентрация частиц достигается в непосредственной близости сепарационной зоны. В непосредственной близости от выхлопного патрубка концентрация становится низкой.

Рисунок 3. Распределение концентрации твердой фазы в осевом сечении аппарата

Гидродинамический режим работы динамического газопромывателя для частиц с диаметром 20 мкм и объемной концентрации 5.0e-1 может считаться оптимальным.

Список литературы:

1.Басов К.А. ANSYS иLMS Virtual Lab. Геометрическое моделирование. – М.: ВНИИМП, 2006. – 188 с.

2.Каплун А.Б., Морозов Е.М., Олферьева М.А. ANSYS в руках инженера. Практическое руководство. – М.: ВНИИМП, 2003. – 272 с.

3.Патент 2339435 РФ, МПК, кл. В01 Д47/06 Динамический газопромыватель.//Р.Р. Усманова.- Опубл.27.11.2008. Бюл.№ 33.