Введение 5
1. Физико-математическая постановка 6
1.1. Решение уравнений в переменных «Скорость-давление» 7
1.2. Решение уравнений в переменных «Вихрь-функция тока» 9
2. Метод численного решения 11
3. Анализ численных результатов 14
3.1. Проверка достоверности численных результатов 14
3.2. Моделирование аэродинамики в аппарате известной и модифицированной геометрии. ..17
3.3. Параметрическое исследование аэродинамики в модифицированной вихревой камере. .20
Заключение 26
Литература 27
Классификацией называют разделение полидисперсных систем в газовых потоках по крупности, а аппараты, разделяющие полидисперсные системы, называют классификаторами. Размеры разделенных частиц находятся в пределах от 1 до 140 мкм.
Одним из таких классификаторов является воздушно-центробежный классификатор, который использует центробежную силу для разделения частиц по размерам. Через воздуховоды материал подается в рабочую зону аппарата, где под действием центробежной силы происходит разделение. Из-за вращения привода крупные тяжелые частицы отбрасываются на периферию к стенкам, где происходит дальнейшее оседание и выгрузка крупных частиц, а частицы меньшей массы и размера вместе с потоком воздуха устремляются на выход из аппарата.
Тема данной работы актуальна, так как задачи аэродинамики занимают важное место во многих отраслях промышленности и науки. Моделирование и численное решение данных задач позволяет определить необходимые параметры потока без проведения сложного эксперимента (установок, датчиков, моделей). Позволяет улучшить существующие установки или получить новые, обладающие лучшим фактором разделения и эффективностью работы.
Целью данной работы является изучение процессов аэродинамики и моделирование движения потока газа в цилиндрической секции воздушно-центробежного классификатора; изучение влияния скоростей подачи смеси и вращения аппарата, физических свойств газа на его характер течения в канале; сравнение полученных результатов и вывод о возможности использовании данного модуля вместо существующего, обладающего меньшей эффективностью.
Новизна работы заключается в рассмотрении модифицированного воздушно-центробежного аппарата (рисунок 1б), в численном моделировании аэродинамики в нём, а также, сравнение полученных результатов моделирования в модифицированном аппарате с результатами моделирования в известном воздушно-центробежном классификаторе (рисунок 1а).
• Проведено математическое моделирование аэродинамики закрученного течения в сепарационном элементе воздушно-центробежного аппарата для известной и предложенной геометрии.
• Выявлено, что в сепарационной зоне модифицированной вихревой камеры повышается однородность и симметричность поля вектора скорости по сравнению с камерой известной геометрии.
• Появившаяся рециркуляционная зона в случае известной вихревой камеры, протяженностью примерно 20% от высоты канала и 15% от его длины, практически устраняется в случае предложенной геометрии сепарационной зоны.
• Проведено параметрическое исследование по влиянию режимных параметров на аэродинамику закрученного течения.
• Достоверность результатов расчета достигается на основе сопоставления решения задачи в переменных «скорость - давление» и «вихрь - функция тока»; проведения оценки на сеточную сходимость, а также сравнением с известными аналитическими зависимостями для частного случая.
• Предложенное математическое моделирование аэродинамики закрученного течения может быть использовано как для оптимизации действующих установок, так и для создания новых установок центробежного типа.
