Аэродинамика и устойчивость потока в относительно длинных циклонных камерах

В статье приводятся и анализируются результаты экспериментального исследования аэродинамики потока в рабочем объеме циклонных камер большой относительной длины, значительно превышающей длину камер в ранее выполненных исследованиях. Подвод воздуха в закручиватель камеры осуществляли тангенциально с диаметрально противоположных сторон двумя входными каналами. Вывод воздуха из рабочего объема камеры производили с противоположного торца камеры через круглое осесимметричное отверстие. Значения площади входных каналов и диаметра выходного отверстия варьировали сменными вкладышами и пережимами. Опыты выполнены методом лазерной доплеровской анемометрии. В результате установлены новые особенности формирования потока в рабочем объеме относительно длинных циклонных камер. Определены основные характерные величины потока рабочего объема. В частности, установлено определяющее влияние характеристик ядра потока на его структуру в относительно длинных циклонных камерах. Подобраны расчетные соотношения для определения этих величин в зависимости от геометрических характеристик исследуемой камеры. Определена граница пристенной области течения, в которой создаются благоприятные условия для проявления неустойчивости потока. Проведено численное моделирование течения в программном комплексе ANSYS Fluent. По его результатам представлено сравнение показателей численного моделирования, расчетных зависимостей и экспериментальных данных. Сопоставление результатов показало вполне удовлетворительное совпадение. Полученные в процессе исследований данные и расчетные соотношения могут быть использованы в инженерной практике и представляют интерес с точки зрения дальнейшего изучения аэродинамики в сильно закрученном потоке циклонных устройств для совершенствования методик их теплового и аэродинамического расчетов.

1. Калишевский, Л. Л. Циклонные топки / Л. Л. Калишевский, Б. Д. Кацнельсон, Г. Ф. Кнорре; под общ. ред. Г. Ф. Кнорре, М. А. Наджарова. М.: Госэнергоиздат, 1958. 216 с.

2. Пуговкин, А. У. Рециркуляционные пламенные печи в машиностроении / А. У. Пуговкин. Л.: Машиностроение, 1987. 158 с.

3. Сидельковский, Л. Н. Циклонные энерготехнологические установки / Л. Н. Сидельковский, А. П. Шурыгин. М.: Госэнергоиздат, 1962. 80 с.

4. Сабуров, Э. Н. Циклонные нагревательные устройства с интенсифицированным конвективным теплообменом / Э. Н. Сабуров. Архангельск: Сев.-Зап. кн. изд-во, 1995. 341 с.

5. Кутателадзе, С. С. Аэродинамика и тепломассообмен в ограниченных вихревых потоках / С. С. Кутателадзе, Э. П. Волчков, В. И. Терехов. Новосибирск: Изд-во ИТФ СО АН СССР, 1987. 282 с.

6. Сабуров, Э. Н. Циклонные устройства в деревообрабатывающем и целлюлознобумажном производстве / Э. Н. Сабуров, С. В. Карпов / под ред. Э. Н. Сабурова. М.: Экология, 1993. 368 с.

7. Сабуров, Э. Н. О влиянии относительной длины циклонно-вихревых нагревательных камер на аэродинамику греющего потока / Э. Н. Сабуров // Кузнечно-штамповочное производство. 1968. № 3. С. 35–38.

8. Doppler Ch. Abhandlungen / Ch. Doppler. Leipzig: Verlag von W. Engelmann. 1907. 195 р.

9. Ринкевичус, Б. С. Лазерная диагностика потоков / Б. С. Ринкевичус; под ред. В. А. Фабриканта. М.: Изд-во МЭИ, 1990. 288 с.

10. Buchhave, P. The Measurement of Turbulence with the Lazer – Doppler Anemometer /P. Buchhave, W. K. George, J. L. Lumley // Ann. Rev. Fluid Mech. 1979. Vol. 11. P. 443–503. https://doi.org/10.1146/annurev.fl.11.010179.002303.

11. Осташев, С. И. Моделирование тепловых и аэродинамических процессов циклонных секционных нагревательных устройств / С. И. Осташев, Э. Н. Сабуров; под ред. Э. Н. Сабурова. Архангельск: Сев. (Арктич.) фед. ун-т, 2011. 195 с.

12. Щукин, В. К. Теплообмен и гидродинамика внутренних потоков в полях массовых сил / В. К. Щукин. 2-е изд. перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1980. 240 с.

13. Онохин, Д. А. О некоторых особенностях структуры потока в относительно длинной циклонной камере / Д. А. Онохин, Э. Н. Сабуров // Вестник Череповецкого гос. ун-та. 2018. Т. 83, № 2. С. 25–30. https://doi.org/10.23859/1994-0637-2018-1-83-3.