Моделирование процессов коксования угольных шламов
Наведено результати термодинамічних розрахунків з аналітичного моделювання процесів спалювання вугільних шламів, проаналізовано динаміку виходу основних компонентів газу в режимі температур 200-2500 ºС з метою виявлення можливості отримання додаткових енергоресурсів....
Збережено в:
| Дата: | 2012 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2012
|
| Назва видання: | Геотехническая механика |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/53744 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Моделирование процессов коксования угольных шламов / В.Л. Приходченко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 98. — С. 200-207. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-53744 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-537442014-01-27T03:12:02Z Моделирование процессов коксования угольных шламов Приходченко, В.Л. Наведено результати термодинамічних розрахунків з аналітичного моделювання процесів спалювання вугільних шламів, проаналізовано динаміку виходу основних компонентів газу в режимі температур 200-2500 ºС з метою виявлення можливості отримання додаткових енергоресурсів. Results over of coal slacks incineration processes analytical modeling thermodynamics calculations are carry out, the dynamics of gas basic components exit is analyzed in the mode of temperatures 200-2500ºC with the purpose of additional power resources receipt possibility exposure. 2012 Article Моделирование процессов коксования угольных шламов / В.Л. Приходченко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 98. — С. 200-207. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/53744 622.17:662.236.3 ru Геотехническая механика Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Наведено результати термодинамічних розрахунків з аналітичного моделювання процесів спалювання вугільних шламів, проаналізовано динаміку виходу основних компонентів
газу в режимі температур 200-2500 ºС з метою виявлення можливості отримання додаткових енергоресурсів. |
| format |
Article |
| author |
Приходченко, В.Л. |
| spellingShingle |
Приходченко, В.Л. Моделирование процессов коксования угольных шламов Геотехническая механика |
| author_facet |
Приходченко, В.Л. |
| author_sort |
Приходченко, В.Л. |
| title |
Моделирование процессов коксования угольных шламов |
| title_short |
Моделирование процессов коксования угольных шламов |
| title_full |
Моделирование процессов коксования угольных шламов |
| title_fullStr |
Моделирование процессов коксования угольных шламов |
| title_full_unstemmed |
Моделирование процессов коксования угольных шламов |
| title_sort |
моделирование процессов коксования угольных шламов |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| publishDate |
2012 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/53744 |
| citation_txt |
Моделирование процессов коксования угольных шламов / В.Л. Приходченко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 98. — С. 200-207. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| series |
Геотехническая механика |
| work_keys_str_mv |
AT prihodčenkovl modelirovanieprocessovkoksovaniâugolʹnyhšlamov |
| first_indexed |
2025-07-05T05:05:19Z |
| last_indexed |
2025-07-05T05:05:19Z |
| _version_ |
1836782106609451008 |
| fulltext |
200
УДК 622.17:662.236.3
Канд. техн. наук В.Л. Приходченко
(ИГТМ НАН Украины)
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ КОКСОВАНИЯ
УГОЛЬНЫХ ШЛАМОВ
Наведено результати термодинамічних розрахунків з аналітичного моделювання проце-
сів спалювання вугільних шламів, проаналізовано динаміку виходу основних компонентів
газу в режимі температур 200-2500 ºС з метою виявлення можливості отримання додаткових
енергоресурсів.
MODELING OF COKING PROCESSES COAL SLACKS
Results over of coal slacks incineration processes analytical modeling thermodynamics calcula-
tions are carry out, the dynamics of gas basic components exit is analyzed in the mode of tempera-
tures 200-2500ºC with the purpose of additional power resources receipt possibility exposure.
В Украине в угледобывающих регионах вокруг обогатительных фабрик
сконцентрировано более 35 шламонакопителей, в которых накоплены жидкие
отходы углеобогащения с более чем 130 млн. м3 шламов. Площадь земель под
ними – более 2,5 тыс. га, выведенных из оборота [1]. Подобные объекты явля-
ются, по своей сути, техногенными месторождениями с запасами углей, рассре-
доточенных в массе отходов, находящихся на поверхности и удобных для пере-
работки.
Острая нехватка и поэтому высокая цена основных энергоносителей в Ук-
раине требует поиска альтернативных источников их получения, в том числе,
путем переработки промышленных отходов, к которым относятся низкокачест-
венные угли, угольные шламы и т.п.
ИГТМ НАН Украины в рамках госбюджетной темы исследовал возмож-
ность термопереработки углепородных шламовых смесей для получения энер-
гетических газов и утилизации твердой составляющей в строительной отрасли.
Энерготехнологический подход основан на особенности органической массы
углей (ОМУ) при нагревании от 400 ºС до
2500 ºС разлагаться на твердые, жидкие и газообразные компоненты, в которые
входят горючие вещества: углерод, водород, кислород, азот и сера в составе
высокомолекулярных соединений. Летучие вещества при этом содержат испа-
рившуюся влагу, жидкие продукты в парообразном виде и газообразные про-
дукты разложения ОМУ. В нелетучем, твердом остатке сохраняются в несколь-
ко измененном виде все минеральные вещества, образующие золу. Поскольку
выход летучих веществ из углей характеризует состав и степень углефикации
его органического вещества, то в антрацитах выход летучих не превышает 8 %
от сухой беззольной массы, в каменных углях – от 8 до 50 %, в бурых 45-60 % и
сапропелитах – 80 % и более.
Одним из процессов термопереработки углей, освоенных в промышленном
масштабе, является коксование, проходящее в установках без доступа кислоро-
да с температурой нагрева до 1100º С с получением кокса, жидких смол и газов.
Объемы выделения этих компонентов с ростом температуры увеличиваются, а
кокса – снижаются.
201
Целью работы является теоретическое моделирование процессов разложе-
ния углепородной массы шламов при их сжигании.
При моделировании процессов разложения углепородной массы шламов на
составляющие их компоненты проведены технический анализ проб шлама Чер-
воноградской ЦОФ [2-4]. Затем с учетом результатов анализа проб осуществле-
но компьютерное термодинамическое моделирование химико-технологических
и теплотехнических процессов [5].
Такие расчеты основываются на вытекающей из общих принципов термо-
динамики возможности однозначного определения состава и термодинамиче-
ских свойств данной системы при интересующих исследователя температуре и
давлении, если известен состав этой системы и исходные температура и давле-
ние. Сведения о составе энтальпии, энтропии и теплоемкости системы при раз-
личных температурах и давлениях позволяют оценить возможности ее исполь-
зования как для получения каких-либо представляющих технологический инте-
рес веществ, так и для энергетических целей.
В условиях термодинамического равновесия температура и общее давление
одинаковы по всей системе, а парциальные давления компонентов соответст-
вуют константам равновесия протекающих в системе реакций. Отметим при
этом, что для расчета равновесного состава системы могут быть избраны лю-
бые возможные в ней химические реакции, а не обязательно такие, которые в
действительности определяют механизм химического превращения исходных
составов в продукты реакции.
Кроме того, следует подчеркнуть особенности проведения термодинамиче-
ских расчетов равновесных составов в связи с возможностью их использования
для сравнения с составом, получаемым на экспериментальных и технологиче-
ских установках. В этой связи следует помнить следующее.
В расчетах приняты допущения, что газообразные вещества по своим
свойствам не отличаются от свойств идеальных газов. Учет отклонения свойств
газа от идеального представляет сложную задачу, но при невысоких давлениях
эти отклонения не столь существенны, и можно полагать, что неидеальность
газов имеет второстепенное значение по сравнению с другими возможными
причинами различия вычисленных и установленных экспериментальных
данных;
В расчетах принимается, что общее давление и температура одинаковы во
всей системе. Учитывая сильную зависимость составов от температуры, можно
предполагать, что неравномерность распределения температуры по реактору
является одной из основных причин, осложняющей сравнения вычисленных
равновесных составов с установленными экспериментально;
Вычисленные равновесные составы соответствуют состоянию равновесия,
т.е. стабильному со временем состоянию, которое достигается только после
того, как в системе (по истечении достаточного для этого времени) пройдут до
возможного в данных условиях конечного предела все протекающие в ней
реакции. При этом также предполагается, что в системе достигается
равномерное распределение по объему всех ее компонентов (нет градиентов
концентрации).
202
В расчетах комплексные пробы угольного шлама приняты строго
постоянными по составу. Процессы в реакторе зависят от особенностей этих
топлив. В расчетах также принято, что компенсация тепловых эффектов
процессов производится за счет внешних источников тепла.
По причине указанных допущений, принятых в теоретических расчетах
параметров термодинамических процессов высокотемпературной переработки
угольного сырья, зачастую показывают результаты, значительно отличающиеся
от истинных значений. Тем не менее, применение подобного метода в научных
исследованиях представляется необходимым, так как он позволяет определить
наиболее вероятное направление изучаемого процесса.
Для исследования многокомпонентных гетерогенных систем (уголь – мине-
ральная часть – окислитель H2O) использована, отработанная для высокотемпе-
ратурных процессов, универсальная программа термодинамических расчетов
«АСТРА-3», основанная на фундаментальных законах термодинамики и зако-
нов сохранения массы, энергии и заряда [5]. Программа позволяет построить
математическую модель образования газообразных и конденсированных ве-
ществ в гетерогенной многокомпонентной системе. С ее помощью были вы-
полнены расчетно-теоретические исследования равновесного состава указан-
ных веществ в зависимости от физико-технических характеристик угля и тем-
пературы в диапазоне 200-2500оС.
Окислитель H2O в нашем случае задан с целью определения возможности
непосредственной (с имеющейся в шламонакопителе влагой) переработки су-
ществующей массы шламов в виде водоугольной массы в режиме коксования, а
также с последующей за коксованием плазменной газификацией твердого ос-
татка.
Система алгебраических уравнений, устанавливающая связь между пара-
метрами состояния, линеаризованная для программирования, включает в себя:
– уравнение концентрации газообразных индивидуальных веществ
( )
( )
( ) ( )
( )2
1
2
ln ,
o om
i ij i jri
i i j e oo j o o o oo
S T I Tn nI T
õ M T y
R R R R TR T
λ λ
=
⎛ ⎞
⎜ ⎟= ⋅ + + + + −
⎜ ⎟
⎝ ⎠
∑ (1)
где i = 1,2,…, k; j = 1,2,… m; k – количество газообразных компонентов в сис-
теме; m – число неопределенных множителей Лагранжа; Mi – молекулярная
масса газообразных компонентов в системе; Іі (Т) – энтальпия компонента;
Ro(То) – универсальная газовая постоянная; Т – температура; ⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛=
υ
TRy oln – па-
раметр системы; υ – удельный объём всей системы; nji, njr – стехиометрические
коэффициенты; λj, λе – неопределенные множители Лагранжа; Si – энтропия;
«о» – начальные значения температуры и энтропии (итерационные);
– уравнение концентрации отдельных конденсированных компонентов
203
( )
( ) ( )( ) ( )
( ) ,2
1
2 o
o
roo
rj
m
j
ijo
r
r T
TAITASnAT
T
TAIх −+⋅⋅+⋅= ∑
=
λ (2)
где (r = 1,2,…., R); R – число конденсированных компонентов; A – атомная мас-
са; Ir(То) – энтальпия конденсированного компонента; Sr(То) – энтропия конден-
сированного компонента;
– уравнение состояния идеального газа
( )
1 1 1
exp 2 exp exp 2 exp ,
k k k
o o o o
i i i
i i i
y p x y x y x
= = =
⎛ ⎞⎡ ⎤− − + + =⎜ ⎟⎣ ⎦ ⎝ ⎠
∑ ∑ ∑ (3)
где р – давление газа в системе.
1) уравнение общей электронейтральности термодинамической системы
( )
( )
( ) ( )
1 1 1 1
1 1
exp exp exp
2
exp exp 1 ,
ok k k m
i jio o o
ei i ei i ei i jo
i i i j oo
o o ok k
i io o oei
i e ei i i o
i io o o
I T n
n x T n x y n x
RR T
S T I Tn x n x x
R R R T
λ
λ
= = = =
= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟ + + ⋅ +⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠
⎡ ⎤⎛ ⎞
⎢ ⎥== − − +⎜ ⎟
⎢ ⎥⎝ ⎠ ⎣ ⎦
∑ ∑ ∑ ∑
∑ ∑
(4)
где nei – величина, определяющая знак и кратность ионизации компонента (для
однократно заряженных ионов – nei = +1, для двукратно положительно заря-
женных частиц – nei = +2, для электронного газа – nei = –1, для отрицательно за-
ряженных ионов nei < 0).
2) уравнение сохранения массы химических элементов
( ) [ ] ( ) o
i
R
r
o
rjrj
R
r
r
o
ijr
k
i
iji xxnЭЛxxnxn exp1expexp
111
∑∑∑
===
−+=+ , (5)
где (j = 1,2, … , m); ЭЛj – расчетный параметр, определяемый из выражения
j
j
j A
g
ЭЛ
1000
= , (6)
где gj – массовая доля j-го элемента в системе; Aj – атомная масса этого элемен-
та.
3) уравнение энтропии термодинамической системы
204
( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( )( )
1 1 1
1 1 1
1
1 exp exp exp
exp exp 1 exp
1 exp ,
ok k k
pio o o o o o
i o i i i o io
i i i
oR R k
pr o o o o o o o
r r r r pi o io
r r i
R
o o o o o
pr r r ri
r
C T
S S T R x y x x T R x y
T
C T
x T S T x x C T R y x
T
C T S T x x
= = =
= = =
=
⎛ ⎞
⎡ ⎤ ⎜ ⎟− + − + − + + +⎣ ⎦ ⎜ ⎟
⎝ ⎠
⎛ ⎞
⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎜ ⎟+ + = + − +⎣ ⎦ ⎣ ⎦⎜ ⎟
⎝ ⎠
⎡ ⎤+ + −⎣ ⎦
∑ ∑ ∑
∑ ∑ ∑
∑
(7)
где Срi , Срr – теплоемкости газообразных и конденсированных компонентов.
4) уравнение определения энтальпии
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )( ) ( )
1 1 1
1 1 1
exp exp exp
exp exp 1 exp ,
k k R
o o o o o
i i pi i r r r
i i r
R k R
o o o o o o o o o o
pr r pi i r r pr r
r i r
H H T x C T x T H T x x
C T x T C T T x H T x C T T x
= = =
= = =
⎡ ⎤ ⎡ ⎤− + + + +⎣ ⎦ ⎣ ⎦
⎡ ⎤ ⎡ ⎤+ = + − +⎣ ⎦ ⎣ ⎦
∑ ∑ ∑
∑ ∑ ∑
(8)
где Н, Нi(То), Нi(То) – энтальпия термодинамической системы, газообразного и
конденсированного и компонентов.
В общем случае число переменных может достигать 300 и более и, следова-
тельно, потребуется большое число итераций. Практически в программе
«АСТРА-3» максимальное число итераций равно 150. Расчет считается завер-
шенным, если максимальная относительная погрешность станет меньше
0,0001 %.
Программа позволяет определить равновесный состав термодинамической
системы, состоящей максимум из 20 химических элементов [5].
Для компьютерного моделирования в качестве исходных данных приняты
элементный состав и некоторые данные технического анализа, а также химиче-
ский состав золы углеотходов, пересчитанный на ее массу (в %): SiО2 –
20,1÷20,7; А12О3 – 12,1÷12,6; Fe2О3 – 6,8÷7; СаО – 3÷3,1; MgO – 0,9;
К2О – 1÷1,1.
Результатом компьютерного моделирования является определение процент-
ного содержания наиболее значимых газов, а именно: водорода H2, монооксида
углерода СО, метана CH4, диоксида углерода СО2, сероводорода H2S и азота N2.
Предварительные расчеты показывают, что их количество в газе довольно ве-
лико и составляет 92 – 95%.
В качестве примера результатов расчетов рассмотрим рис. 1, на котором
приведены графики изменения основных горючих компонентов газа при тер-
мопереработке угольного шлама (рис. 1).
205
0
10
20
30
40
50
60
0 500 1000 1500 2000 2500 3000t,
oC
Ci, %
1
2
3
4
5
1 – H2; 2 – СО; 3 – CH4; 4 – СО2; 5 – N2
Рис. 1. – Выход компонентов газа при термической обработке шлама.
Изменение содержания водорода в газе при повышении температуры в диа-
пазоне 200-800оС происходит по параболической зависимости. Интенсивное
увеличение его количества в начальный период в основном объясняется пиро-
лизом метана, идущего по реакции: СН4 → С + 2Н2. Дальнейшее его снижение
в диапазоне температур 1300 – 2500 оС связано с диссоциацией молекул водо-
рода, идущей по реакции: Н2 → Н + Н (кривая 1).
Повышение СО с ростом температуры (кривая 2) значительно зависит от со-
вместного протекания многочисленных химических реакций, среди которых
можно выделить следующие: С +2Н2О → СО + Н2; С + СО2 → 2СО.
Выход метана и двуокиси углерода происходит по одинаковой зависимости.
Метан в коксовом газе подвергается разложению и при температуре 500 ºС на-
блюдается интенсивное выделение метана, а затем его количество заметно
снижается и при температурах выше 1000 оС выход метана не наблюдается
(кривая 3).
Двуокись углерода теоретически в газе не должна содержаться, так как при
высоких температурах в печи и наличии раскаленного кокса двуокись углерода
должна восстанавливаться в окись углерода по реакции: С + СО2 → 2СО (кри-
вая 4), способствуя повышению доли последнего. Однако, поскольку темпера-
тура газовой фазы значительно ниже температуры кокса, СО2 не успевает пол-
ностью восстановиться до СО, чем объясняется присутствие заметных коли-
честв двуокиси углерода на начальном этапе термической переработки углепо-
родного сырья.
Поведение азота в процессе коксования углеотходов видно по кривой 5.
В промышленных установках основное количество азота коксового газа попол-
няется вследствие подсасывания воздуха и продуктов горения в коксовую ка-
меру. Компьютерное моделирование это не учитывает. Снижение N2 при по-
вышении температуры связано с протекающими при этом процессами диссо-
206
циации молекул азота по реакции: N2 → N + N, и при высоких температурах его
содержание близко к нулю [6].
Как известно, генераторный газ, получаемый при коксовании углей, имеет
состав: 25 % СО, 70 % N2, 4 % СО2 и незначительные количества Н2, СН4 и О2 и
характеризуется калорийностью порядка 800 ккал/м3=3,347 МДж/м3, а наличие
водорода в его составе дополнительно увеличивает калорийность.
Водяной газ, как в моделируемых расчетах, получают, пропуская водяной
пар над нагретым коксом, в результате чего идет реакция [9]
С + Н2О + Q = СО + Н2, (9)
где С, Н2О, СО, Н2 – компоненты газа; Q = 28,1 ккал – теплота реакции.
В итоге идеальный водяной газ содержит лишь следы СО2 и Н2, достигая ка-
лорийности 2800ккал/м3=11,715 МДж/м3, что и получено нами в расчетах.
Математическая обработка результатов термодинамических расчетов позво-
ляет с доверительной вероятностью 0,95 получить следующие аппромаксион-
ные функции для концентрации компонентов газа в режимах температур
t =200-2500 ºС:
4
1
Н
1
С
2 t
tа
+
= ; (10)
2
1
2СОС tеа −= ; (11)
24 3СНС
t
t
е
еа= ; (12)
22
4
СОС
ttе
а
+
= , (13)
где а1, а2, а3, а4 – коэффициенты пропорциональности.
Очевидно, что задавая иные первоначальные данные по химическому соста-
ву шлама можно вышеприведенным способом рассчитать выход отдельных со-
ставляющих при каждой конкретной температуре нагрева.
На основании вышесказанного можно сделать следующие выводы:
- получены теоретические зависимости выхода компонентов газа от темпе-
ратуры при нагревании угольных шламов до 25000С;
- установлено, что при увеличении температуры происходит повышение со-
держания в коксовом газе шламов водорода Н2 и окисла углерода СО2 с одно-
временным снижением концентраций метана СН4 и двуокиси углерода СО2 (го-
рючие составляющие газа увеличиваются);
- в режиме коксования (до 1100 ºС) наблюдаются наиболее значительные
изменения концентраций компонентов газа: концентрации водорода и окисла
углерода увеличиваются от 0 до 46% и 49% соответственно; концентрации ме-
207
тана и двуокиси углерода снижаются от 24% и 18% до 1%-0,5% соответствен-
но;
- получены аппроксимирующие функции выделения основных компонентов
газа из углепородных шламов в процессе их сжигания.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.
1. Переработка угольных шламов с получением брикетного и бездымного топлива / С.Г. Стахеев, Э.Б. Ку-
колев, В.А. Блинов, Л.А. Антипенко// Уголь.– 2006. – №10 – С. 48-49.
2. Отчет о НИР (промежуточный) ИГТМ им. Н.С. Полякова НАН Украины; Руководитель А.Ф. Булат. –
Днепропетровск, 2007. – 130с. № 0107U002003; инв. № 6792.
3. Отчет о НИР (промежуточный) ИГТМ им. Н.С. Полякова НАН Украины; Руководитель А.Ф. Булат. -
Днепропетровск, 2008.– 111 с. – № 0107U002003; инв. № 6880
4. Результаты исследований термодеструкции низкосортных углей и угольных шламов /В.Л. Приходченко,
Е.А. Слащева, В.Я. Осенний, Н.В. Коваль// Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. трудов / Институт гео-
технической механики им. Н.С. Полякова НАН Украины. – Днепропетровск, 2009 – Вып. 85, – С. 150-160
5. Применение ЭВМ для термодинамических расчетов металлургических процессов /Г.Б. Синярев, Н.А.
Ватолин, Б.Г. Трусов, Г.К. Моисеев – М.: Наука, 1982 – 221с.
6 Отчет о НИР (заключительный) ИГТМ им. Н.С. Полякова НАН Украины; Руководитель А.Ф. Булат. -
Днепропетровск, 2010. – 255с. – № 0107U002003; инв. № 7033.
7. Реми, Г. Курс неорганической химии. Том 1.– М.: Мир, 1972. – 824с.
208
УДК 622.75.77:532.5
Канд. техн. наук В.И. Кривощеков
(Государственный ВУЗ «Национальный горный университет»)
К ОБОСНОВАНИЮ ГИДРОДИНАМИКИ ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ
ВБЛИЗИ СТЕНКИ СЕПАРАЦИОННОГО УСТРОЙСТВА
Отримані результати, які можуть бути використані для обґрунтування раціональної гід-
родинамічної структури потоку суспензії поблизу стінки в сепараційних пристроях.
TO THE JUSTIFICATION OF HYDRO-DYNAMIC OF A VISCOUS
FLUID NEAR THE WALL DEVICE FOR SEPARATION
The results that can be used for the substantiation of a rational hydrodynamic structure of sus-
pension flow near the wall in separation devices are obtained.
В работе [1] рассмотрены особенности расчета методом контрольных объе-
мов гидродинамических параметров противоточного гидроциклона с пристен-
ной перечисткой зернистых материалов в его конической части. При исследо-
вании турбулентного потока суспензии в этом гидроциклоне выделено два вида
течений: двухмерное турбулентное в межпластинчатом канале и трехмерное
вихревое в цилиндроконической части гидроциклона. Учитывая различный ха-
рактер обтекания потоком вязкой жидкости пластин и цилиндрических поверх-
ностей, научной и практической задачей по обоснованию и выбору конструк-
тивных элементов перечистки зернистых материалов является исследование
обтекания цилиндров, расположенных на рабочей поверхности (стенке) сепара-
ционного устройства.
Результаты экспериментальных исследований [2] показывают, что механизм
течения вязкой жидкости за цилиндрическим телом, расположенным на твер-
дой поверхности, значительно отличается от такового при обтекании цилиндра
неограниченным потоком. Для определения этих отличительных особенностей
Г. Шлихтинг [2, 3] выполнил ряд опытов, в которых измерялось поле результи-
рующей скорости вязкой жидкости при обтекании шаров диаметром 4 мм, рас-
положенных на гладкой горизонтальной плоскости (рис. 1).
1, 2, 3 – шары; D – диаметр шара, м; U – результирующая скорость вязкой жидкости,
м/с; U∞ - скорость набегающего потока, м/с [2, 3].
Рис. 1 – Распределение результирующей скорости вязкой жидкости при обтекании шаров
на плоской стенке (сплошная кривая) и вторичные течения в пограничном слое (штриховая
линия).
|