Study of gas–solid flow in a multichannel cyclone

Abstract

This paper aims to analyse the problem of the gas–solid particle (SP) flow in the multichannel cyclone (three rings) with tangential inlet (KDG – equipment for separation of solid particles from gaseous fluid flow). It provides a review of experimental and theoretical papers that describe cyclones with a very complex swirling flow. The paper describes the experimental study and numerical modelling of the flow in the multichannel cyclone, the height of which is 0.72 m and the diameter – 0.50 m; with the height of the cylindrical part amounting to 0.29 m, the height of the conical part – 0.43 m, and the inlet area – 0.29×0.034 m². The multi-functional measuring instrument Testo 400, intended for measuring the flow velocity in the inlet and outlet of the multichannel cyclone was used in experimental studies of the cyclone. Three-dimensional transport differential equations (Reynolds) for incompressible turbulent flow inside a cyclone are solved numerically using finite volume-based numerical method and turbulence models, namely the Standard k-ϵ model, the RNG k-ϵ model. According to results obtained during the experiments with quartz sand and quartz sand dust pollutants, the highest SP treatment efficiency as regards these pollutants, reaching 85.8-90.4%, was obtained. Modelling results obtained from the numerical tests with the inlet velocity of 6.27–10.78 m/s and, the flow rate of 0.111–0.190 m³/s have demonstrated a reasonable agreement with experimental and theoretical results. The average relative error was ± 4.3%.

Article in English.

Oro ir kietųjų dalelių srauto daugiakanaliame ciklone tyrimas

Santrauka. Nagrinėjama dujų ir kietųjų dalelių aerodinamika daugiakanaliame (trijų žiedų) išcentriniame ciklone-filtre (keturkanalis dulkių gaudytuvas – KDG). Srauto įtekėjimas tangentinis. Apžvelgti eksperimentiniai ir teoriniai procesų tokiuose ciklonuose, kuriuose susidaro ypač sudėtingas sūkurinis srautas, tyrimo darbai. Atliktas eksperimentinis tyrimas ir skaitinis oro srauto judėjimo KDG ciklone modeliavimas (ciklonas 0,72 m aukščio ir 0,50 m skersmens, cilindrinės dalies aukštis −0,29 m, kūginės (dulkių rinktuvo) −0,43 m, įtekėjimo angos plotas −0,29×0,034 m²). Ciklono eksperimentiniams tyrimams naudota Testo 400 daugiafunkcis matuoklis, skirtas oro srauto greičiui matuoti daugiakanalio ciklono įtekėjimo ir ištekėjimo angose. Pateiktosios pernašos trimatės diferencialinės lygtys (Reinoldso) atvejo, kai turbulentinis srautas ciklono viduje nespūdusis, skaitiškai spręstos baigtinių tūrių metodu, taikant standartinį k-ϵ, ir RNG k-ϵ turbulencijos modelius. Remiantis tyrimų rezultatais, didžiausiasis ciklono su kvarcinio smėlio ir kvarcinio smėlio dulkių teršalais valymo efektyvumas siekė 85,8–90,4%. Modeliavimo rezultatai, kai įtekėjimo greitis 6,27–10,78 m/s ir debitas −0,111–0,190 m³/s, atitinkamai neblogai sutapo su eksperimentų duomenimis. Vidutinė santykinė paklaida siekė ±4,3 proc.

Reikšminiai žodžiai: ciklonas-filtras, kietosios dalelės, skaitinis modeliavimas, turbulentumas, vienfazis oro srautas, dvifazis srautas

Keyword : multichannel cyclone, solid particles, numerical modelling, turbulence, airflow, one-phase, two-phase flow