Аршинский Максим Иннокентьевич Комлева Татьяна Анатольевна Москалюк Александр Олегович ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЕЙ СКОРОСТЕЙ И ДАВЛЕНИЙ ЗАКРУЧЕННОГО ПОТОКА В КОЛЬЦЕВОМ КАНАЛЕ ПРЯМОТОЧНОГО ЦИКЛОНА С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ОТБОРОМ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬКИЙ ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Иркутск 2016 г.

2 Россия – лидер по добыче природного газа

3 Объём мировых запасов природного газа в РФ и странах СНГ

4 Зона загрязнения частицы от 5 мкм до 50 мкм Загрязнение природного газа на месторождении

Схема экспериментальной установки ПЦПО Рис. 3 - Изготовленная прозрачная модель ПЦПО Рис. 2 -Спроектированный циклон ПЦПО Рис. 1 – Схема установки для изучения полей скоростей и давлений: 1 – пневмометрическая трубка, 2 – зонд для измерения статического давления; 3 – ОНА; 4 – ПЦПО с оптически прозрачным корпусом, 5 – U-образный манометр, 6 – микроманометр ММН-240, 7 – вытеснитель центрального вихря, 8 – штуцеры для установки измерительных зондов, 9 – раскручивающий лопастной аппарат (РЛА), 10 – бункер промежуточного отбора (ПО), 11 – бункер основного отбора (ОО), 12 – регулирующая заслонка, 13 – вентилятор. 5

Расчёт и проектирование ОНА и РЛА Рис. 4 - Осевые направляющие аппараты Рис. 6 - Расчетная схема ОНА. Рис. 7 - Раскручивающий лопастной аппарат Рис. 9 - Проекционные установочные углы РЛА Рис. 5 – Расположение лопаток ОНА Рис. 8 – Проекция лопатки РЛА 6

7 Влияние поверхности зонда на погрешность измерений Измерения скорость потока проводили по общепринятым стандартам ГОСТ с помощью пневмо метрической трубки и микроманометра ММН- 240 (рис. 4) Влияние поверхности зонда на площадь сечения кольцевого канала: где: S з - площадь зонда, S к - площадь сечения кольцевого канала Рисунок 46 – Пневмометрическа трубка в кольцевом канале Рисунок 47 – Влияние зонда в узком канале, ε = 0,95% Рисунок 48 – Влияние зонда в узком канале, ε = 1,5%

Визуализация вихревых течений в сепарационной камере ПЦПО Рис. 10 – Визуализация частицами полиакрила Рис. 11 – Визуализация шёлковой нитью Рис. 12 – Вихревое течение в центральной области 8

Распределение полных скоростей и статических давлений в ПЦПО Рис Распределение полной скорости и статического давления в плане циклона в конфигурации К1 Рис Распределение полной скорости и статического давления в плане циклона в конфигурации К2 9

Распределение полей скорости в ПЦПО Рис. 15 – Распределение скоростей в ПЦПО К1 Рис. 16 – Распределение скоростей в ПЦПО К2 Вихрь Рэнкина: где n – показатель степени, для потенциального течения n 1, для квази твёрдого (-1) 10

Распределение статического давления в ПЦПО Рис. 17 – Распределение давления в ПЦПО К1 Рис. 18 – Распределение давления в ПЦПО К2 11

Характер движение закрученного в зоне щели основного отбора Рис. 19 – Зависимость полной скорости от безразмерного радиуса для ПЦПО конфигурации К1(а) и К2 (б) в зоне щели основного отбора а) б) 12

Характер движения потока и распределение давления в зоне ПО Рис. 20 – Зависимости скорости (а) и давления (б) от безразмерного радиуса в зоне ПО для ПЦПО конфигурации К1(в) а) б) а)б) 13 в) Рис. 21 – Зависимости скорости (а) и давления (б) от безразмерного радиуса в зоне ПО для ПЦПО конфигурации К2(в)

Обратный вихрь в области сужения диффузоров Рис. 23 – Визуализация обратного вихря в области сужения диффузоров Рис. 24 – Схема движение воздуха в области сужения диффузоров Рис. 25 – Давление в области диффузора (Т9) и конфузора (Т11) кольцевого канала 14 Рис. 22 – ПЦПО, конфигурация К2

Выводы: Из анализа экспериментально измеренных полей вектора полной скорости и статического давления в прямоточном циклоне ПЦПО с сепарационной камерой переменного сечения выявлено, что в обеих исследованных конфигурациях кольцевого канала имеются зоны, как с потенциальным на периферии, так и с квазитвёрдым в центральной части режимами течения. При профилированном вытеснителе радиус максимального значения полной скорости смещен к стенке сепарационной камеры циклона, при коническом – к стенке вытеснителя. Величина максимальной скорости существенно изменяется по длине сепарационной камеры и достигает максимума на входе в выхлопной патрубок. Обнаруженное экспериментально в диффузорной-конфузорной зоне сепарационной камеры паразитное пристенное противоточное течение обусловлено перепадом давлений на поверхностях конфузорной и диффузорнойй части вытеснителя. 15

Спасибо за внимание!