2142

ENGINEERING SYSTEMS

Введем в рассмотрение функции:

Соответствующие графики функций g1 и g2 представлены на рис. 5, 6, 7.

ENGINEERING SYSTEMS

С увеличением порядка системы интерпретация результатов значительно затрудняется. В связи с этим при идентификации систем большего порядка целесообразно использование подсистем порядка, не превышающего 4.

Вкачестве иллюстрации рассмотрим характеристический многочлен

x4 1, 48x3 6, 46x2 7,7x 0,087

Рис. 8. Иллюстрация к декомпозиции динамической системы

Соответственно

x1 2,78, x2 1,151, x3 0,011, x4 2, 44.

Декомпозиция полинома представится в виде

z4 7, 26z2 2,56z 2,04 z2 3, 26z 1,088 z2 3, 26z 1,875 .

Решая квадратичные уравнения с точностью до 10-2, получим те же корни zi и соответственно xi .

ИНЖЕНЕРНЫЕ СИСТЕМЫ

Рассмотренный подход успешно использовался при идентификации параметров кинетических процессов формирования физико-механических характеристик полидисперсных материалов [3].

Список литературы

1.Данилов, А.М. Математическое моделирование управляющих воздействий оператора в эргатической системе / А.М. Данилов, И.А. Гарькина, Э.Р. Домке //

Вестник МАДИ. – 2011. – №2. – С.18–23.

2.Красовский, А.А. Системы автоматического управления летательных аппаратов

/А.А. Красовский, Ю.А. Вавилов, А.И. Сучков. – М.: ВВИА им. Н.Е. Жуковского, 1986. – 479 с.

3.Системный анализ в строительном материаловедении: моногр. / Ю.М. Баженов, И.А. Гарькина, А.М. Данилов, Е.В. Королев. – М.: МГСУ: Библиотека научных разработок и проектов, 2012. – 432 с.

References

1.Danilov, A.M. Mathematical modeling of the control actions of the operator in ergatic system / A.M. Danilov, I.A. Garkina, E.R. Domke // Herald MADI. – 2011. – № 2. – P.18–23.

2.Krasovskii, A.A. The automatic control systems of the aircraft / A.A. Krasovskii, Y.A. Vavilov, A.I. Suchkov. – M.: The air force engineering academy named N.E.Zhukovsky, 1986. – 479 p.

3.Systems analysis in building materials: monograph / Yu.M. Bazhenov. I.A. Garkina, A.M. Danilov, E.V. Korolev. – M.: Moscow State University of Civil Engineering: Library of scientific developments and projects, 2012. – 432 p.

ENGINEERING SYSTEMS

УДК 621.928.9

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЕЙ НА ВСТРЕЧНЫХ ЗАКРУЧЕННЫХ ПОТОКАХ

Д.П. Боровков, И.В. Бурба, К.О. Чичиров

Представлена кинематическая структура течения закрученного потока в сепарационной камере пылеуловителей ВЗП. Определены оптимальные значения характеристик первичного ввода пылеуловителя серии ВИП.

Ключевые слова: пылеуловитель, встречные закрученные потоки, эффективность, аэродинамическое сопротивление.

EFFICIENCY PRECIPITATORS AT COUNTER CORKSCREW FLOW

D.P. Borovkov, I.V.Burba, K.O. Chichirov

Kinematic structure of swirling stream flow in separation chamber of dust collectors is given. Optimal characteristic values of VIP series dust collector primary input are determined.

Keywords: dust collector, counter swirling flows, efficiency, pressure drop.

На предприятиях строительной индустрии в качестве пылеулавливающих средств сухой очистки получили широкое распространение вихревые пылеуловители на встречных закрученных потоках (ВЗП) [1]. Их внедрение обусловлено рядом преимуществ по сравнению с циклонными: более высокой степенью улавливания мелкодисперсной пыли; меньшей чувствительностью фракционной эффективности к колебаниям расхода газа и концентрации пыли в нем; меньшей степенью абразивного износа аппарата; большей удельной производительностью; возможностью более эффективной очистки горячих газов и регулирования процесса пылеулавливания изменением соотношений расходов газа через потоки; в некоторых случаях – меньшей затратностью. Вышеперечисленное делает задачу изучения и оптимизации пылеуловителей на встречных закрученных потоках актуальной.

В ходе анализа различных типов пылеуловителей ВЗП установлено, что за основу при их проектировании брались типовые пылеуловители циклонного типа [1, 2]. Однако ввиду наличия вторичного закрученного потока структура течения пылега-

ИНЖЕНЕРНЫЕ СИСТЕМЫ

зового потока в сепарационной камере пылеуловителей ВЗП отличается от таковой в пылеуловителях циклонного типа.

Данный факт дает основание предположить, что конструктивные характеристики пылеуловителей ВЗП, необходимые для обеспечения наибольших значений эффективности пылеулавливания, такие, как интенсивность закрутки потока, создаваемая первичным тангенциальным вводом, высота сепарационной камеры, параметры выходного патрубка и т.д., должны отличаться от соответствующих значений данных параметров, характерных для циклонов.

Для определения конструктивных характеристик первичного тангенциального ввода пылеуловителей на встречных закрученных потоках, позволяющих обеспечить максимальные значения эффективности пылеулавливания, составлена расчетная модель, описывающая движение пылевой частицы в пристеночной зоне сепарационной камеры.

Анализ экспериментальных результатов определения окружной и осевой составляющих скоростей газового потока в пристенной зоне сепарационной камеры позволяет сделать предположение об автомодельности кинематической структуры течения в пристенной зоне по отношению к начальному значению интенсивности закрутки потока Ф*0. Для получения данных о параметрах пристеночного течения в пылеуловителях на встречных закрученных потоках были проведены экспериментальные исследования. Все результаты, полученные при различных значениях Ф*0, ложатся на гладкую кривую (рис. 1). Аналогичная картина наблюдается с отношением начального значения окружной составляющей скорости к значениям, полученным в ходе измерений по высоте сепарационной камерыUτ/Uτ0.

Рис. 1. Зависимости, характеризующие изменение локального пристеночного параметра интенсивности закрутки tg(φ) / tg(φ)0 (1) и тангенциальной составляющей скорости воздушного потока в пристеночной зоне Uτ/Uτ0 (2) по высоте сепарационной камеры

Полученные кривые представляют собой монотонно убывающие зависимости вида

ENGINEERING SYSTEMS

Основными силами, оказывающими значимое влияние на пылевую частицу, движущуюся в пристенной зоне сепарационной камеры пылеуловителя ВЗП, являются: сила сопротивления обтеканию газовым потоком; центробежная сила; кориолисова сила; сила тяжести.

Для описания движения пылевой частицы в закрученном потоке наиболее удобным является использование цилиндрической системы координат.

В радиальном направлении на частицу оказывают воздействие центробежная сила Fц и радиальная проекция силы сопротивления обтеканию газовым потоком Fμ. Для определения последней использована гипотеза об отсутствии радиальной составляющей скорости газового потока в пристенной зоне слабо и умеренно закрученного течения. Таким образом,

где r – радиальная координата; dч – диаметр частицы; ρ – плотность воздуха; λч – коэффициент сопротивления обтеканию частицы газовым потоком; m – масса частицы; t – время.

Проекция сил на подвижную касательную ось τ складывается из проекции силы сопротивления обтеканию потоком Fμ и кориолисовой силы. Заменяя угловую скорость линейной на подвижной оси, получим:

Проекция сил на вертикальную (продольную) ось складывается из силы тяжести Fт и вертикальнойпроекциисилысопротивленияобтеканиючастицыгазовымпотокомFμ:

Для упрощения полученных уравнений, характеризующих проекции сил на продольную и подвижную касательные оси, принимается допущение о совпадении окружной и продольной составляющих скорости с соответствующими проекциями скорости газового потока. Данное допущение основано на результатах визуального наблюдения, позволяющих утверждать, что частицы крупностью до 180 мкм в пристенной области практически движутся по траектории движения закрученного газового потока ввиду незначительности масс и сил инерции в сравнении с аэродинамическими силами. Тогда уравнения, описывающие движение частицы, принимают вид:

Для оценки влияния интенсивности закрутки, создаваемой верхним вводом, на эффективность улавливания аппарата ВЗП проведены численные эксперименты. При

ИНЖЕНЕРНЫЕ СИСТЕМЫ

численном интегрировании полученной системы приняты следующие начальные условия:

 за начало отсчета принимается точка, расположенная на нижней границе тангенциального ввода, наиболее близкая к центру поперечного сечения сепарационной камеры х = 0, r = 0,6R (ширина тангенциального патрубка принята равной 0,4R);

значение вертикальной (продольной) составляющей скорости частицы на входе

всепарационную камеру, согласно допущениям, принятым при составлении уравнений, равна начальному значению вертикальной составляющей скорости газового

потока dxdt0 Ux0 ;

 радиальная составляющая скорости частицы во входном сечении сепарационной камеры, исходя из тех же допущений равна таковой составляющей скорости воздуш-

ного потока, т.е. drdt0 0 .

Условием, позволяющим сделать вывод о сепарации пылевидной частицы, является значение радиальной координаты, равное радиусу сепарационной камеры r = R. При этом значение угловой координаты φ не имеет практического значения. В качестве переменных приняты размер пылевой частицы dч и начальный параметр интенсивности закрутки потока Ф*0. Свойства пылевых частиц (плотность ρч и коэффициент аэродинамического сопротивления λч) приняты идентичными свойствам пыли кварцевого песка соответствующей фракции.

r/R

1,0

2

1

0,9

3

0,8

4

1

0,7

Рис. 2. Результаты расчета зависимости радиальной координаты пылевой частицы

от вертикальной при движении в сепарационной камере пылеуловителя ВЗП: 1 – dч = 37, Ф*0 = 4; 2 – dч = 35, Ф*0 = 4,4; 3 – dч = 33, Ф*0 = 4,8; 4 – dч = 25, Ф*0 = 6