ТОШКЕНТ ДАВЛАТ ТЕХНИКА УНИВЕРСИТЕТИ ВА ЎЗБЕКИСТОН
МИЛЛИЙ УНИВЕРСИТЕТИ УЗУРИДАГИ ФАН ДОКТОРИ ИЛМИЙ
ДАРАЖАСИНИ БЕРУВЧИ 16.07.2013 T/FM.02.02 РА АМЛИ ИЛМИЙ
КЕНГАШ АСОСИДА БИР МАРТАЛИК ИЛМИЙ КЕНГАШ
ТОШКЕНТ ДАВЛАТ ТЕХНИКА УНИВЕРСИТЕТИ ОШИДАГИ
ТАРМО МАШИНАШУНОСЛИК МУАММОЛАРИ ИЛМИЙ ТАД
ОТ МАРКАЗИ
МАЛИКОВ ЗАФАР МАМАТ УЛОВИЧ
АЭРОДИНАМИКА ЖАРАЁНЛАРИ АСОСИДА ОРИ САМАРАЛИ
МАРКАЗДАН ОЧМА ЧАНГ ТУТГИЧЛАРНИ ИШЛАБ ЧИ ИШ
01.02.05 – Сую лик ва газ механикаси (техника фанлари)
ДОКТОРЛИК ДИССЕРТАЦИЯСИНИНГ АВТОРЕФЕРАТИ
ТОШКЕНТ – 2016
1
УДК: 532.526.4
Докторлик диссертациясининг автореферати мундарижаси
Оглавление автореферата докторской диссертации
Content of the abstract of doctorial dissertation
Маликов Зафар Мамат улович
Аэродинамика жараёнлар асосида ори самарали марказдан очма чанг тутгичларни
ишлаб чи иш.................................................................................................3
Маликов Зафар Маматкулович
Разработка высокоэффективных центробежных пылеуловителей
на основе аэродинамических процессов………………………………………………..29
Malikov Zafar Mamatkulovich
Development of high-performance centrifugal dust catchers on the basis
of aerodynamic processes………………………………………………………………...54
Эълон илинган ишлар рўйхати
Список опубликованных работ
List of published works…………………………………………………………………...79
2
ТОШКЕНТ ДАВЛАТ ТЕХНИКА УНИВЕРСИТЕТИ ВА ЎЗБЕКИСТОН
МИЛЛИЙ УНИВЕРСИТЕТИ УЗУРИДАГИ ФАН ДОКТОРИ ИЛМИЙ
ДАРАЖАСИНИ БЕРУВЧИ 16.07.2013 T/FM.02.02 РА АМЛИ ИЛМИЙ
КЕНГАШ АСОСИДА БИР МАРТАЛИК ИЛМИЙ КЕНГАШ
ТОШКЕНТ ДАВЛАТ ТЕХНИКА УНИВЕРСИТЕТИ ОШИДАГИ
ТАРМО МАШИНАШУНОСЛИК МУАММОЛАРИ ИЛМИЙ ТАД
ОТ МАРКАЗИ
МАЛИКОВ ЗАФАР МАМАТ УЛОВИЧ
АЭРОДИНАМИКА ЖАРАЁНЛАРИ АСОСИДА ОРИ САМАРАЛИ
МАРКАЗДАН ОЧМА ЧАНГ ТУТГИЧЛАРНИ ИШЛАБ ЧИ ИШ
01.02.05 – ую лик ва газ механикаси (техника фанлари)
ДОКТОРЛИК ДИССЕРТАЦИЯСИНИНГ АВТОРЕФЕРАТИ
ТОШКЕНТ - 2016
3
4
КИРИШ (докторлик диссертациясининг аннотацияси)
Диссертация мавзусининг долзарблиги ва зарурати.
Жа онда сан -
атнинг изчил ривожланиши махсулотларни ишлаб чи ариш самарадорлигини
ошириш билан бир аторда ишлаб чи ариш жараёнининг атроф му итга бўлган
салбий таъсирини ам ортишига олиб келди. Бу ўз навбатида тад отчилар
олдида янги вазифаларни, жумладан саноат чи индиларини камайтириш,
атмосферага чи аётган зарарли газларнинг ми дорини - майтириш
масалаларини кун тартибига ўймо да. Сўнгги эллик йил ичида углеродли
бирикмаларни атмосферага чи ариб ташлаш 9 марта ортган. Натижада
атроф-му ит ифлосланиб, глобал экологик муаммо юзага ке - мо да.
Юзаг келган муаммоларни ал илиш ва экологик алокатнинг олд - ни
олишда, глобал исси лашув жараёнини тўхтатишда саноат чи индилар - ни
атроф-му итга таъсирини камайтириш му им амият касб этади. Жу - ладан,
аноат махсулотларини ишлаб чи иш жараёнида атроф-му итга чи - ётган
газларни тозалашда самарали тозалаш воситалари ва чанг тутгичлардан
фойдаланиш долзарб масала исобланади
.
Чанг тутгичлар нафа ат саноат
газларини тозалашда, балки автомобилларнинг ички ёнув двигателларининг
бир меъёрда ишлашини таъминлаш учун ам зарур исобланади. Ер ости
бойликларини азиб олиш жараёнида ўлланиладиган транспорт воситалари
ори даражад ги чангланганлик шароитида ишлатилади. Бундай шароитда
двигатель ишчи камерасига аво билан бирга кирган абразив чанг заррачал - ри
двигатель ишчи камерасининг юза исмларини емирилишига сабаб бўл - ди ва
двигатель увв тининг камайишига, ёнил ва мойловчи воситаларнинг сарфини
ортишига олиб келади.
Мамалакатимиз муста илликга эришгач, саноатнинг кўпгина со - ларида
локаллаштиришга катта эътибор аратилмо да, жумладан чанг тоз - ловчи
ускуналарни республика лим шароитига мос равишда такоми - лаштириш ва
замонавий урилмаларни яратишга ало ида амият бери - мо да. Саноатда
ишлатиладиган чанг тозаловчи воситаларнинг 80% дан орти исмини
марказдан очм куч асосида ишлайдиган чанг тутгичлар ташкил илади. Шу
сабабдан ушбу турдаги чанг тутгичларни такомиллашт - риш ва ори самарага
эга бўлган янги конструкцияларини ишлаб чи иш му им илмий-амалий амият
касб этади.
Ўзбекистон Республикаси Вазирлар Ма камасининг 1996 йил 26 апрел
даги 232-1- сон «Ўзбекистон Республикаси Табиатни му офаза илиш давлат
ўмитаси тў рисидаги низомни тасди лаш ида»ги ва 2013 йил 27 майдаги
-142-сон «2013-2017 йилларда Ўзбекистон Республикасида атроф-му ит му
офазаси бўйича аракатлар дастури тў рисида»ги арорлари, амда ма - кур
фаолиятга тегишли бош меъёрий- ий ужжатларда белгиланган вазифаларни
амалга оширишга ушбу диссертация тад оти муайян дараж - да хизмат илади.
5
Тад отнинг республика фан ва технологиялари ривожланиши нинг
устувор йўналишларига бо ли лиги.
Мазкур тад от республика фан ва
технологиялар ривожланишининг II. «Энергетика, энергия ва ресурс
тежамкорлик» устувор йўналиши доирасида бажарилган.
Диссертация мавзуси бўйича хорижий илмий-тад отлар шар
1
.
Чанг
тутгичлардаги кўп фазали му итларнинг аэродинамик жараёнларини тад отига
йўналтирилган илмий изланишлар жа оннинг етакчи илмий марказлари ва
олий таълим муассасалари, жумладан, NASA Glen research center, Boeing sci
ntific reserch laboratories, Massachusetts institute of tech nology, Stanford
university ( ), Cambridge university (Буюк Британия), Hettingen laboratory
(Германия), The Air Systems Research Center (Япония), China Aerodynamics
Research and Development Center (Хитой), Москва давлат униве ситети
(Россия), Тошкент давлат техника университетида олиб борил мо да.
Чанг тутгичларда содир бўладиган жараёнларни ўрганишга оид жа он да
олиб борилган тад отлар натижасида атор, жумладан, уйидаги илмий
натижалар олинган: кўп му итли имларнинг математик тенгламаларини со ли
ечиш учун чекли-айирмали, чекли-элемент усуллар ишлаб чи илган (Stanford
university, Boeing sci ntific reserch laboratories, Massachusetts institute
of technology, ); кўп му итли имлар учун аэродинамик эффектлар ани ланган
(Cambridge university, Буюк Британия), эркин турбулент им ларнинг
перпендикуляр тўси лардан ўтиш динамикасининг математик мод - ли ишлаб
чи илган (Hettingen laboratory, Германия); ори самарага эга бўлган уюрмали
чанг тутгичларнинг конструкцияси ишлаб чи илган (The Air
Systems Research Center, Япония); чи инди газларнинг таркибидаги чангла -
ни сепарация илиш механизми ишлаб чи илган (China Aerodynamics Research
and Development Center, Хитой), металлургия печларининг газ
увирлари учун кўп бос ичли по онасимон чанг тутгичнинг конструкцияси
ишлаб чи илган (Москва давлат университети, Россия).
Дунёда чанг тутгичларнинг конструкцияларини такомиллаштириш
бўйича атор, жумладан, уйидаги устувор йўналишларда тад отлар олиб бори
мо да: кўп му итли турбулент имларни математик моделлаштириш; тузилган
гидродинамик тенгламаларни сонли ечиш учун самарали алг - ритмларни яр
тиш; аэродинамик онуниятлар асосида кечадиган жараёнлар асосида чанг
тутгичларнинг конструкцияларини такомиллаштириш.
1
Диссертация мавзуси бўйича хорижий илмий-тад отлар шар http:/www.nasa.gov/centre/glenn/home/index.html;
http://universal_ru_en.academic.ru/66921/; Wildes, Karl L.; Lindgren, Nilo A. (2005). A Century of Electrical Engineering and
Computer Science at MIT, 2006-2009. Cambridge, Mass.: MIT Press. ISBN 9780262231190; Stuart W. Leslie: The Cold War
and American Science: The Military-Industrial-Academic Complex at MIT and Stanford. Columbia University Press, New York
[u. a.] 1993, ISBN 0-231-07958-3; http://www.mod.go.jp/trdi/en/research/kenkyu_koukuu_en.hyml; University of Cambridge
(ed.). "The Revived University of the Nineteenth and Twentieth Centuries" Retrieved 7 August 2014;
http://www.utias.utoronto.ca; http://www.cards.cn:88; http://universal_ru_en.academic.ru/240165; История Московского ун -
верситета. . 1—2. ., 2000
;
На рубеже двух столетий/ . . Бюшгенс, . . Бедржицкий. . : ЦАГИ, 2008. 480 . —
ISBN 5-02-007017-3; Фортье . Механика суспензий. // .: Мир, 1971; Рахматуллин . . Основы газовой динамики
взаимопро-никающих движений сплошных сред. // ПММ, 2001, .20; Нигматулин . . Динамика многофазных
сред.//Москва, Наука, 1987; Faizullaev D.F. Laminar motion of multiphase media in conduits.//Consultants bureau, New York,
2003 ва бош манбалар асосида ишлаб чи илган.
6
Муаммонинг ўрганилганли даражаси.
Кўп му итли имларнинг илк тад
отлари XIX асрда бошланган. Лекин XX асрга келиб, кўп му итли имларнинг
амалий амияти кескин ортди ва дунёнинг кўп илмий ма - казларининг
олимлари томонидан олиб борилган тад отлари натижасида жадал
ривожланди. 1967 йили . Фортье кўп му итли имларнинг турб - лент
миграцион назариясига асос солди. . Фортье томонидан ишлаб чи илган
назария Европа ва Шнинг атор олимлари (Фридлендер, Джоу -
стоун, Оуэн, Дейвис, Бил, Земель ва бош алар) томонидан ривожлантирилди.
Бу со ага катта исса ўшган олимлардан бири, ўзбек олими, ўзаро кириш - вчи
кўп му итли имлар назариясининг асосчиси, Москва давлат универс - тетининг
профессори . . Рахматулин- дир. биринчи бўлиб бир неча си илувчан му итлар
аралашм сининг тўли аракат тенгламалари тизимини
урди, тўл инлар тар алишининг асосий онунларини та лил илди, икки му
итли аралашмадаги чегара атлами назариясини асослаб берди. . . Ра - матулин
томонидан ишлаб чи илган назария гидротехника, кимёвий техн - логия, атом
энергетикасида кенг ўлланилган. Кўп му итли имлар назар - ясига салмо ли
исса ўшган олимлардан бири сифатида . . Рахматулин шоги ди Россия
академиги . . Нигматулинни ам эътироф этиш мумкин.
ўзининг математик моделида атти ва сую фазадаги заррачаларнинг заро
таъсирини исобга олган ва устози ишлаб чиққан аракат тенгламалари -
зимини тўлдирган. Ўзбекистонда кўп му итли ламинар лар назариясини
ривожлантиришда профессор . . Файзуллаев ишларини эътироф этиш мумкин.
Кўп му итли имлар со асида кўплаб илмий натижаларга эришил - шига
арамай, али ечимини топмаган муаммолар талайгина. Жумладан, кўп фазали
турбулент имининг ани математик модели али ишлаб чи ил маган. Мавжуд
математик моделлар эмпирик бўлиб, жараёнларни доимо адекват
ифодаламайдилар. Ушбу олатни марказдан очма чанг тутгичида ланма аракат
илаётган имларда кузатиш мумкин.
Диссертация мавзусининг диссертация бажарилган муассасанинг
илмий-тад от ишлари билан бо ли лиги.
Диссертация тад оти То - кент
давлат техника университети ошидаги Тармо машинашунослик му - ммолари
илмий-тад от марказининг илмий-тад от ишлари режасининг
.13-12 «Процессы переноса тепла концентрации взвешенных частиц
турбулентном струйном потоке» мавзусидаги фундаментал лойи (2012- 2014),
амда 02-1541 Юр. «Олмали кон-металлургия комбинати акционе - лик жами
тининг ру заводи учун уюрмали чанг тутгични ишлаб чи иш ва уни саноатда
синаш» (2010-2011), 02-2180 «Чанг шароитида ишлатиладиган ер ости
транспорт учун инерцион фильтрни модернизация илиш ва уни татби этиш»
(2011-2012), 02-2092 «Конлардаги ир юк ташувчи самосва - лар учун ори
самарали аво тозалагичини ишлаб чи иш» (2012-2013), 14/2012 «Навоий
кон-металлургия комбинатининг транспорт воситаларига инерцион аво
тозалагичларни татби илиш» (2012-2013) ва 02-1466 «Ине - цион аво
тозалагичини ир юк ташувчи автомашиналарда синаш ва
7
лойи авий хужжатларини ишлаб чи иш» (2013-2014) хўжалик шартномалари
доирасида бажарилган.
Тад отнинг ма сади
кўп му итли имларнинг аэродинамика назарияси
асосида ори самарали чанг тутгичлар амда чанг шароитида ишловчи
транспорт воситалари ва махсус техникаларнинг ички ёнув двиг - теллари
учун аво тозалагичларни ишлаб чи ишдан иборат.
Тад отнинг вазифалари
:
марказдан очма чанг тутгич ичидаги аво имининг динамикасини
гидродинамика тенгламалари асосида математик моделлаштириш;
гидродинамика тенгламаларини сонли ечиш усулини ишлаб чи иш; сонли
ечимлар ор али, аво имининг узлуксизлигини таъминлаб - рувчи
мосламаларнинг ва чанг тутгичдаги асосий элементларнинг ўлчам ларини
оптималлаштириш;
чанг тутгичдаги аво имини айлантириб берувчи мосламаларнинг
самарасини ошириш;
аэрозоль имлардаги жараёнларни кинетика асисида моделлаштириш;
марказдан очма чанг тутгичнинг аршилиги ва самарадорлигини ани лаш
усулларини ишлаб чи иш;
чанг тутгичнинг оптимал геометрик параметрларини ани лаш усулини
ишлаб чи иш;
тад от натижалари асосида замонавий, ори самарага эга бўлган
марказдан очма чанг тутгичларни ишлаб чи иш.
Тад отнинг объекти
сифатида саноатларда ишлатиладиган чанг
утгичлар амда ички ёнув двигателлари учун ишлатиладиган аво тоза лагичлар
олинган.
Тад отнинг предмети
марказдан очма чанг тутгичларнинг конс труктив
тузилмалари, самарадорликлари ва аэродинамик аршиликлари та - кил этади.
Тад отнинг усуллари.
Диссертацияда бир ва икки му итли - ларнинг
математик моделларини сонли ечиш, тузилган тенгламаларни анал - тик та
лил илиш, олинган натижаларни лаборатория шароитида новдан ўтказиш
усуллари ўлланган.
Тад отнинг илмий янгилиги
уйидагилардан иборат: шнекли чанг
тутгичининг янги конструкцияси ишлаб чи илган; автомашиналарнинг
двигателлари учун марказдан очма куч асосида
ишлайдиган аво тозалагич конструкцияси ишлаб чи илган; чанг тутгичдаги
аво имининг аэродинамик параметрларини ани лаш усули
такомиллаштирилган;
аэрозолли имдаги мураккаб исси лик ва масса алмашув жараёнла
рининг математик модели кинетика назарияси асосида такомиллаштирил ган;
чанг тутгичнинг самарадорлиги ва аэродинамик аршилигини исоб лаш
усуллари такомиллаштирилган;
8
чанг тутгичининг оптимал параметрларини ани лаш усули ишлаб чи
илган.
Тад отнинг амалий натижаси.
Марказдан очма шнекли саноат чанг
тутгичи ва автомашиналарнинг ички ёнув двигателлари учун марказдан очма
куч асосида ишлайдиган аво тозалагичлар ишлаб чи илган.
Тад от
натижаларининг ишончлилиги.
Тад от натижаларининг ишончлилиги ани
ўйилган гидродинамик масалаларга, уларни сонли ечишда маълум бўлган
услуб ва алгоритмларга, амда назарий йўл билан олинган натижаларни
тажриба натижалари билан таққослаш билан изо лан - ди.
Тад от натижаларининг илмий ва амалий амияти.
Тад от
натижаларининг илмий амияти кўп му итли имларни математик моде -
лаштиришда ва уларни сонли ечишда фойдаланиш билан изо ланади.
Тад от натижаларининг амалий амияти ори самарага эга бўлган саноат
чанг тутгичларнинг ва машина ички ёнув двигателидаги аво тозал -
гичларнинг лойи аларини ишлаб чи ишга хизмат илади.
Тад от натижаларининг жорий илиниши.
Марказдан очма чанг
тутгичлар ва аво тозалагичлардаги аэродинамика жараёнларини тад оти
бўйича олинган илмий таклифлар асосида:
шнекли саноат чанг тутгичлари Олмали кон-металлургия комбинати
акционерлик жамиятининг « ак заводи» га татби этилган (Олмали кон
металлургия комбинати акционерлик жамиятининг 2015 йил 18 ноябрдаги
ФМ-7222-сон маълумотномаси). Татби этилган шнекли саноат чанг
тутгичларининг самарадорлиги мавжуд чанг тутгичларга нисбатан 15 -16% га
ор ган ва йилига 210-243 тонна ак чангини ўшимча ушлаб олишга имкон
яратган;
ички ёнув двигателлар учун ишлаб чи илган ав тозалагичлар Олм - ли
кон-металлургия комбинати акционерлик жамиятининг Ангрен шахтал - рида
ўлланиладиган машиналарга, Навоий кон-металлургия комби-натида ишлат
ладиган ир юк ташувчи БелАЗ самосвалларига ва тепловоз-ларига ўрнатилган
(Олмали кон-металлургия комбинати акционерлик миятининг 2015 йил 18
ноябрдаги ФМ-7222-сон маълумотномаси). Татби этилган аво тозалагичлар
транспорт воситалардаги двигателларнинг хизмат муддатини 2
марта ортишига имкон берган.
Тад от натижаларининг апробацияси.
Тад натижалари 4 та
илмий-амалий анжуманларда, жумладан, «Труды XVIII Научных чтений по
космонавтике, посвященных памяти выдающихся ученых-пионеров освоения
космического пространства» (Москва, 1994); «Геологотехнология: инновац -
онные методы недропользования ХХI веке» (Москва, 2007); «Современная
техника технология горно-металлургической отрасли пути их развития»
(Навоий, 2008); «Энергосбережение, энергоэффективности возобновляемые
источники энергии» (Ташкент, 2015) мавзуларидаги республика ва хал аро
мий-амалий конференцияларда маъруза кўринишида баён этилган амда апр
бациядан ўтказилган.
9
Тад от натижаларининг эълон илиниши.
Диссертация мавзуси бўйича
жами 29 та илмий иши чоп этилган, шулардан, Ўзбекистон Республ - каси
Олий аттестация комиссиясининг докторлик диссертациялари асосий илмий
натижаларини чоп этиш тавсия этилган илмий нашрларда 14 та ма ола, жумл
дан, 10 таси республика ва 4 таси хорижий журналларда нашр этилган. 1 та
ихтирога патент олинган.
Диссертациянинг тузилиши ва ажми.
Диссертация таркиби кириш,
тўртта боб, хулоса, фойдаланилган адабиётлар рўйхати ва иловалардан ибо
рат. Диссертациянинг ажми 184 бетни ташкил этган.
10
ДИССЕРТАЦИЯНИНГ АСОСИЙ МАЗМУНИ
Кириш
исмида диссертация тад отининг долзарблиги ва зарурати
асосланган, илмий ишнинг ма сади ва унга эришиш учун асосий вазифалари
шакллантирилган, тад от объекти ва предмети ани ланган, Ўзбекистон
Республикаси фан ва технологиялар тараққиётининг устувор йўналишларига
мослиги кўрсатилган, мавзунинг илмий янгилиги ва имояга олиб чи
иладиган асосий амалий натижалари баён илинган, олинган натижаларнинг
ишончлилиги, илмий ва амалий амияти ёритилган, тад от натиж лари нинг
жорий илинганлиги ида ва диссертация тузилишига доир ис маълумотлар
келтирилган.
Диссертациянинг
“Саноат чанг тутгичларининг ва ички ёнув дв -
га-теллари аво тозалагичларининг таснифи”
деб номланган биринчи -
би-да саноатда ишлатиладиган чанг тутгичларининг ва ар хил техниканинг
ички ёнув двигателларига ўлланиладиган аво тозалагичларнинг турлари ёр
тилган. Уларнинг афзал томонлари ва камчиликлари батафсил му окама
или ган. Шу ўринда технологик жараёнларнинг деярли барча со аларига
татби этиш мумкин бўлган марказдан очма чанг тутгичларни ва аво -
залагичларни ривожлантириш зарурати асосланган.
Марказдан очма чанг тутгичнинг принципиал схемаси 1-расмда
кўрсатилган. Марказдан очма чанг тутгичнинг ишлаш принципи шундан
иборатки, чангли аво спиралли каналда айланма аракатга эришиб, ал али
каналга, яъни корпус ва тозаланган аво трубаси орали ига киради. Чанг за -
рачалари марказдан очма куч таъсири натижасида корпус девори олдида йи
илади ва конус девори бўйлаб бункер томон аракат илади, тозаланган аво эса
труба ор али тепага йўналтирилади.
озирги кунгача ишлатилиб келинган, сериядаги марказдан очма чанг
тутгичлари ори самарага эга эмаслар, самарадорлиги 75 фоиздан ортмай ди.
Шунинг учун саноат ва автомашиналар двигателларига мўлжалланган
ори самарали марказдан очма чанг тутгичларни ишлаб чи иш тад от ма
садидир. Ушбу ма садга эришиш учун, иринчи навбатда чанг тутгич ичидаги
авонинг аэродинамикасини ўрганиш зарурдир. Шунинг учун дис сетациянинг
“Марказдан очма чанг тутгичлар ичида осил бўладиган аэродинамик
жараёнлар”
деб номланган иккинчи бобида чанг тутгичнинг
турли исмларидаги аво имининг хусусиятлари аэродинамика тенглам - лари
асосида ўрганилган.
2.1 бўлимда, аэродинамика тенгламаларини сонли ечиш усули билан чанг
тутгичнинг конус исмидаги аво ими ўрганилган (2-расм). Бунда тенгламалар
системасининг стационар ечимини олиш учу тур унлашув услуби
ишлатилган. Ушбу услубнинг мо ияти шундан иборатки, тенгла малар
ностационар олатда сонли ечилади ва бу ечим ва ўтиши билан ста ционар
ечимга интилади.
11
1- асм. Марказдан очма чанг тутгичнинг принципиал схемаси:
1 – чангли авонинг кирадиган дарчаси, 2 – авони айлантириб берадиган спиралли канал, 3
– чанг тутгич корпуси, 4 – тозаланган аво трубаси, 5 – аводан ажратилган чанг, 6 – чанг
тутгичнинг конус исми, 7 – аво тезлигини камайтиришга мўлжалланган труба, 8 – чанг йи
увчи бункер.
2- асм. Марказдан очма чанг тутгичнинг кесими
аво имининг со аси симметрия ига эгадир, шунинг учун тенг ламалар
системаси цилиндрик координаталари (
z
,
r
,
ϕ
) ор али ўрганилган.
Аэродинамик тенгламалар тизими цилиндрик координаталарда уйидаги кў
ринишга эгадир:
12
™™™
™
⊂∉
υ
υ
∂
0, ( ) ( )
r
+
∂
r
=
∂
∂
z
z r
r
∂
υ
z
∂
+
υ
υ
z
∂
+
υ
υ
z
+
0, 1
=
∂∂
p
∂
z
r
ρ
t z r
™™™
™
©
∂
∂
z
(1)
∂
υ
∂
υ
∂
υ
υ
2
=
∂
∂ −
+
0. 1
+
∂
r
υ
r
z
+
υ
r
r
ϕ
ρ
p
t z r r
∂
∂
r
Ушбу тенгламалар тизимини сонли ечиш учун им функцияси
-
ψ
,
им уюрмаси
-
ζ
ва им циркуляцияси
–
киритилган. Киритилган параметрлар им тезликлари
билан уйидагича ифодаланади:
ψ
υ
ψ
υ
∂
=
∂
∂
=
−
,
1
, 1
r z
r z r r
∂
υ
υ
ζ
=
∂
∂ −
∂
∂
=
υ
ϕ
(2)
r z
z r
, .
r
Аэродинамик тенгламалар тизими янги параметрлар ор али уйидаги
кўринишга келтирилган:
™™™
™
⊂∉
∂
ζ
∂
υ
ζ
∂
υ
ζ
∂
2
+
+
=
,
r z
∂ ∂ ∂ ∂
3
t r z z r
∂
υ
∂
υ
∂
∂
+
+
=
r z
0,
∂
∂
™™™
™
©
t r z
(3)
∂
ψ
2
∂
ψ
2
∂
ψ
. 1
ζ
∂
∂
+
−
=
−
r
2
∂
2
z r r r
Келтирилган тенгламалар тизимига ўйиладиган чегаравий шартларни сонли
ечишда амалга ошириш ма садида ўзгарувчилар алмаштирилган:
r
=
z
=
=
−
, ( ) .
( ) ,
ξ
η
R z R
2
ztg
α
R z
Барча алмаштиришлар бажарилиб, тенгламалар тизими уйидаги
кўринишга олиб келинган:
ζ
υ
ζ
η
α
υ
ζ
υ
ζ
∂
+
∂
+
tg
∂
+
1
=
∂∂
z r r
∂
t
ξ
ξ
η
ξ
η
∂
R R
ℑ
ℑ
⊄
⊇
ξ
( )
+
˜
˜
↓
ˆ
∂
η
α
( )
ℑ
ℑ
⊄
⊇
ξ
˜
˜
↓
ˆ
2 3
( )
∂
=
R tg
( )
∂
2 3
R
ξ
η
3
ξ
η
η
3
∂
R
( )
∂
∂ ∂
ℑ
ℑ
⊄
⊇
η
α
υ
∂
υ
υ
0,
( ) ( )
=
˜
˜
↓
ˆ
tg
+
+
+
r
z z
(4)
∂
t
∂
ξ
ξ
R R
ξ
∂
η
13
2
ψ
η
α
2
ψ
∂
˙
˚
˘
⊆
∈∪
2
2
∂
2
∂
+
2
tg
1
+
+
2
η
α
tg
2
ψ
2
+
ξ
ξ
ξ
η
ξ
ξ
η
∂
R R
( )
∂ ∂
( ) ( )
R
∂
=
−
∂
∂
˙
˚
˘
⊆
∈∪
2
η
α
tg
+
−
ψ
( ) , 1
η
ξ
ζ
2
R
2
ξ
η
( )
∂
ψ
η
α
R
∂
ψ
∂
ψ
R
r
−
z
=
−
=
1 ,
( ) ( )
1
tg
υ
( )
η
ξ
∂
ξ
ξ
∂
η
υ
η
ξ
∂
η
2 2
R R
Ушбу тенгламалар тизими учун чегаравий шартларни
ξ
=0 (2- асм)
кесимда ўямиз.
)
1 2
R
/
R
≤
η
≤
1 орали им кириб келадиган коаксиал каналига тў ри
келади. Кириб келадиган им учун уйидаги шартлар ўйилган:
2
2
2
ωη
ζ
υ
υ
η
ψ
(5)
=
=
=
=
−
=
R
z
V
r
V R R
( )
2
2
, , 0, , 0.
2
2
1
2
Бу ерда
V
,
ω
– мос равишда кўндаланг ва бурчак тезликлари.
Тажрибалар шуни кўрсатадики
ω
=
const
.
) 0
<
η
<
1 2
R
/
R
со тоза аво чи иб кетадиган трубага тў ри келади. Бу
ерда экстраполяцион шартлар ўйилган:
2
2
2
∂
ζ
(6)
∂
∂
ψ
2
∂
ξ
=
=
=
∂
ξ
0, 0, 0
2 2
∂
ξ
Ушбу шартлар гидродинамик тенгламаларни сонли ечишда
ўлланиладиган стандарт услублардир.
ξ
=
1
- конус бошланиш жойидан йиро
даги кесимга тў ри келади. Ушбу кесимдаги шартлар: ) 0
<
η<
1 учун:
; ; .
ψ
=
ψ
2
=
2
ζ
=
ζ
2
Бу ерда индекс 2 корпус ва конусга тегишлидир.
(4) тенгламалар тизимидаги циркуляция тенгламасини сонли ечиш учун
Мак-Кормакнинг чекли айирмали услубидан фойдаланилган. Ушбу услуб
икки адамли бўлиб, иккинчи даражали ани ликка эгадир, яъни
( , , )
2 2 2
O
Δ
t
Δ
ξ
Δ
η
. им тенгламасини сонли ечишда
η
йўналиш бўйича
ори релаксация итерацион услубидан фойдаланилган,
ξ
йўналиш бўйича
эса прогонка услуби ишлатилган. Масаланинг бошлан ич шарти сифатида
потенциал имнинг ечими олинган.
3-расмда тенгламалар системасини сонли ечиш натижасида олинган им
тезлигининг йўналишлари кўрсатилган. Расмдан кўриниб турибдики, им
уюрма осил илади. Ушбу уюрма аво имининг узилиши туфайли
юзага келади. Сонли тажрибалар шуни кўрсатдики, осил бўладиган
уюрманинг интенсивлиги конуснинг бурчагига бо ли экан. Конус бурчаги
уйидаги орали да бўлганида
0 0
8
≤
α
≤
13
, уюрма интенсивлиги камайиши ани
ланган.
14
3-рас . им тезлигининг йўналишлари
осил бўладиган уюрма чанг тутгичнинг самарадорлигига салбий
таъсир кўрсатади, чунки корпус девори олдига йи илиб, бункер томон ара кат
илаётган чанг уюрма туфайли ор ага уло тирилиб ташланади ва нати жада
чанг заррачалари тозаланган аво трубасига сўрилиб кетишлари куза тилади.
Ўтказилган стенд тажрибалари шуни кўрсатдики, фа ат конус бурча гини
оптималлаш йўли билан чанг тутгич самарадорлигини 40%дан 75%гача
кўпайтириш мумкин экан. Физика ну таи назаридан, уюрманинг осил бўли
ши, (4) тенгламалар тизимидаги биринчи тенгламанинг ўнг томонида турган
уюрма манбаини мавжудлигидадир. Демак, осил бўладиган уюрманинг
интенсивлигини яна ам камайтириш учун ушбу манбани минимумга келти
риш зарур бўлади. Диссертациянинг 2.2 бўлимид авони айлантириш учун
шнекли каналдан фойдаланилганда ушбу манба сезиларли равишда кама
йиши асосланган. Натижада шнекли чанг тутгичи ишлаб чи илган (4-расм).
Ишлаб чи илган шнекли чанг тутгичларнинг 32 донаси Олмали КМК
АЖ даги ак заводига ўрнатилган ва синовда уларнинг самарадорлиги 85
фоиздан кам эмаслиги ани ланган. Шнекли чанг тутгичлар ўрнатилгунга
адар ишлаб турган ЦН-15 серияли циклонларнинг самарадорликлари эса
69%дан ортмаган. Ўлчовлар ишлаб чи илган чанг тутгичларнинг ва ЦН-15
циклонларнинг аэродинамик аршиликлари деярли бир хил эканлигини кўр
сатган. Шнекли чанг тутгичларнинг сериядаги циклонларга нисбатан самара
дорлиги кўп бўлишига арамай, уларда бир атор камчиликлар мавжуд.
Биринчиси – мураккаб конструкцияга эга, иккинчиси – самарадорлиги керакли
даражада ори эмас, учинчиси – ёпиш лиги кучли бўлган чангларда, шнек
каналларида уларнинг ти илиб олиш тимоли бор. Охир ги камчилик шнекли
чанг тутгичларни татби этиш со асини кескин камай-
15
тиради. Шунинг учун бу камчилик бош хил, яъни чанг ти илиб олиш тимоли
бўлмаган чанг тутгичларни яратишга туртки бўлди.
4-расм. Шнекли чанг тутгичнинг принципиал схемаси:
1 – тозаланган аво трубаси, 2 – авони абул илувчи, 3 – аво имини айлантириб берадиган
шнекли канал, 4 – чанг тутгичнинг конуси, 5 – тутилган чанг бункери, 6 – им йўналиши, 7
– тозаланган авонинг йўналиши.
Та лиллар шуни кўрсатдики, чангнинг деворларга ёпишиб олиш тимоли
оддий циклонларнинг конструкцияларида энг кичик бўлар экан. Аммо орида
таъкидланганидек, уларда осил бўладиган уюрма интенсивлигини камайтириш
асосий муаммо бўлиб олади. Ушбу бобнинг учинчи бўлимида, махсус мослама
ор али осил бўладиган уюрмани бартараф илиш мумкинлиги кўрсатилган.
Ушбу мослама оддий патрубка бўлиб (5-расм), тозаланган аво трубасининг
кириш исмига ўрнатилади. Ушбу патрубканинг хизмати шундан иборатки,
тозаланган аво труб касига кирадиган имни та симлаб беради. Натижада
имнинг узилиш тимоли камаяди, яъни им тур унлашади. Шунинг учун, бу
мослама ста билизатор деб номланган. 2.3 бўлимда, стабилизаторли чанг
тутгичдаги имнинг аэродинамикаси сонли ўрганилган ва стабилизаторнинг
имни тур унлаштириш хусусиятига эга эканлиги исботланган.
16
5-расм. Стабилизаторли марказдан очма чанг тутгич
Чанг тутгичнинг самарадорлигига катта таъсир кўрсатадиган яна битта
элементлардан, бу авони айлантириб берувчи мосламадир. Шунинг учун
диссертациянинг 2.4 бўлимида ушбу мосламаларнинг ар хил турлари та лил
илинган. Кириб келаётган авони айлантириб берувчи мосламалар асосан беш
турга бўлинади: ) спиралли; ) тангенциалли; ) винт кўринишидаги; )
розеткали, ор ага айтувчи имга мўлжалланган; ) розеткали, тў ри кетувчи имга
мўлжалланган (6-расм).
6- асм. авони айлантириб берувчи мослама турлари
Ушбу бўлимда спиралли мосламанинг бош аларга нисбатан афзал
эканлиги математик услубда исботланган. Шунинг учун ушбу турдаги мос-
17
ламадан ори самарага эга бўлган марказдан очма чанг тутгичларни ишлаб чи
ишда фойдаланилган. Натижада, лаборатория шароитида чанг тутгичнинг
самарадорлиги 96 фоизгача кўтарилган. Ушбу кўрсаткични яна ам ошириш ма
садида охирги йиллардаги матбуот ва патентлардаги ихтиро этилган чанг
тутгичлар та лил илинган. Натижада ихтиро этилган ар хил мосламалар
ясалиб, лаборатория шароитида синаб кўрилди. Лекин синовлар ижобий
натижалар бермади. Шу сабабдан аво имидан таш ари, ундаги чанг
заррачаларининг физикасини ам ўрганиш зарурати пайдо бўлди.
Диссертациянинг “
анг заррачаларининг ва аэрозолларнинг чанг
тутгич ичидаги динамикаси”
деб номланган учинч бобидаги 3.1-бўлимда
турбулент имнинг хусусиятлари кўриб чи илган ва марказдан очма чанг
тутгичдаги им турбулент хусусиятга эга эканлиги кўрсатилган. Аммо бу
хусусият девор олдида, чанг тўпланадиган со ада намоён бўлади. Шунинг
учун икки фазали имни математик моделлаштиришда им со асини асосий ва
девор олди со аларига бўлиш тавсия этилган. имнинг асосий со аси девордан
йиро бўлиб, ерда кичик масштабли турбулентлик юзага келади. Шунинг учун
ушбу со ада аво имини математик модел лаштиришда аэродинамиканинг
Эйлер тенгламаларидан фойдаланиш мум кин. Девор олдида эса, аво имининг
ва чанг заррачаларининг аракатла ри хаотик хусусиятига эгадирлар, демак,
ушбу со ада субстанцияларнинг диффузион кўчиши асосий ўринда бўлади.
3.2-бўлимда чанг заррачаларига таъсир иладиган барча кучларнинг та
лили берилган. Бу кучлар ба оланиб, улар марказдан очма ва гидроди намик
кучларга нисбатан анча кичик эканликлари кўрсатилган.
Кўп олларда чанг заррачалари билан биргаликда сую аэрозоль том
чиларини ам тутиш зарур бўлади. Аэрозоллар атмосферага чи ариб ташла
надиган саноат газларининг конденсацияланиши туфайли содир бўлиши
мумкин. Бундан таш ари, аэрозоллар ўл-инерцион чанг тутгичларда ам содир
бўлади. Чунки бундай чанг тутгичларда чангли аво сув билан пур калиб
намланади. Шунинг учун 3.3-бўлимда кичик аэрозолларнинг динами каси
амда исси лик ва масса алмашуви жараёнлари эркин молекуляр модели ор али
ўрганилган. Келтириб чи арилган исоб формулалари ўл инерцион чанг
тутгичларни ишлаб чи ишда ва лойи алашда амиятга эгадирлар.
Диссертациянинг 3.4-бўлимида девор олди со асида чанг заррача ларининг
кўчиш жараёни ўрганилган. орида таъкидланганидек, ушбу со ада асосан
диффузион кўчиш содир бўлади. Шунинг учун диффузия коэффициентини
топиш ма садида, “икки фазали эркин турбулент имнинг
динамикаси ва кўчиш жараёнлари” – масаласи аналитик равишда ечилган.
Кўрилган масалани ечиш учун икки фазали имнинг гидродинамик
тенгламалари сферик
r
,
θ
координаталарда ўрганилган:
18
(sin ) 0,
sin
1
( ) 1
™™™™
™
⊂
∉
∂
=
∂∂
2
2
r r
∂
r V
r
+
r
θ
θ
θ
V
θ
ρ
ρ
ρ
ρ
θ
∂
V
∂
=
∂∂ ℑ
ℑ
⊄
⊇
∂
∂
+
˜
˜
↓
ˆ
ℑ
ℑ
⊄
⊇
∂
∂
˜
˜
↓
ˆ
1 1
∂
p p p p
V
+
θ
Dr
2
sin ,
sin
D
r
∂
r
θ
2
2
θ
θ
θ
r r r
∂
r r
∂
=
+
−
∂∂
(sin ) 0,
sin
1
( ) 1
™™™™
™
©
∂
r
2
+
θ
θθ
ϕϕ
(7)
2
r r
rr r
θ
θ
θ
∂
r r
θ
=
−
+
ctg
(sin ) 0.
sin
1
( ) 1
∂
r
2
+
∂
θ
r
θ
ϕϕ
2
r r
r
θ
θθ
θ
θ
∂
r
∂
r
(7) системадаги импульс имининг тензорлари уйидагиларга тенг:
ρ
∂ −
∂
∂
=
+
+
−
+
™™™™
™
⊂∉
2
ρ
ρ
ν
ρ
ρ
p V
V
r
p
( ) 2 ( ) 2 ,
rr p r t p
r
DV
r
∂
r
ρ
∂
=
+
+
−
+
V V
∂
˜
−
V
D
2 ,
1
( ) 2 ( )
ˆ
ℑ
⊄
⊇
+
2
θ
ρ
ρ
ν
ρ
ρ
r p
p V
θθ
θ
θ
θ
p t p
r
∂
r
↓
r
∂
θ
V
V ctg
θ
˜
↓
ˆ
ℑ
⊄
⊇
=
−
+
+
™™™™
™
©
(8)
p
ν
ρ
ρ
θ
2 ( ) ,
r
ϕϕ
t p
r
r
ρ
∂
˜
−
ρ
∂
=
+
−
+
ˆ
ℑ
⊄
⊇ −
∂∂
ℑ
ℑ
⊄
⊇
∂∂
˜
˜
↓
ˆ
1
( ) ( )
V V
V
V
D
r r p p
θ
ρ
ρ
ν
ρ
ρ
V V
+
r p r t p
θ
θ
+
V
θ
θ
r
∂
r
r
↓
r
∂
θ
θ
r
Бу ерда
p
,
ρ
,
ρ
p
,
V
r
,
V
θ
,
ν
t
,
D
- мос равишда босим, аво имининг зичлиги,
атти фазанинг зичлиги, иккита тезликлар, икки фазали му итнинг кинематик
овуш лик ва диффузия коэффициентлари. Диссертация ишида (7) тенгламалар
тизимининг автомодель ечимлари келтирилган. Натижада
овуш лик ва диффузия коэффициентлари учун уйидаги формулалар олинган:
ν
=
ν
=
− −
ν
,
D
0 0
t
2
1
Sc
ρ
ℑ
ℑ
⊄⊇
− −
Sc
Sc
2 1
1
ρ
˜
˜
↓
ˆ
(9)
p
p
2
ρ
2
Sc
ρ
Бу формуладаги Sc – Шмидт сони,
ν
0
- соф турбулент аво имининг кине матик
овуш лик коэффициенти. Олинган натижалар . . Ландау ва . . Румерларнинг
ечимларини умумлаштиради. Кўпчилик чанг заррачалари учун Sc = 1.
Келтириб чи арилган (9) формулалардан чанг заррачаларининг девор олди со
асидаги кўчишини исоблашда фойдаланилган. Натижада девордан
Δ
масофагача бўлган заррачалар улуши
η
учун уйидаги формула келтирилган:
0
/
1
ν
η
−
Δ
=
−
u
e
(10)
19
Бу ерда, u - заррачанинг марказдан очма куч таъсирида эришадиган радиал
тезлиги. Бу формула бўйича исоблар шуни кўрсатадики, радиуслари
1
R
=
5
см
ва
2
R
=
10
см
бўлган чанг тутгич учун, калибри 5 мкм чангнинг тахминан 87
фоизи,
Δ
♠
2
см
атлам остида бўлади. Кўриниб турибдики, ушбу атлам
коаксиал каналнинг сезиларли хажмини эгаллайди. Бу атлам нинг осил
бўлиши, самарадорликка салбий таъсир кўрсатади. Чунки, ат ламнинг ори
исмидаги чанг заррачалари тозаланган аво трубасига сўрилиб, таш арига чи иб
кетиши кузатилади. Демак, ушбу атлам баланд лигини камайтириш ёки уни
бутунлай бартараф этиш, самарадорликнинг ошишига замин бўлади. Ушбу
муаммо ишлаб чи илган ва кўп жойларга татби этилган чанг тутгичда ижобий
хал илинган (7-расм).
7- расм. Ишлаб чи илган марказдан очма чанг тутгич:
1 – тозаланган аво трубаси, 2 – спиралли канал, 3 – корпус, 4 – стабилизатор, 5 – чанг
тутгич конуси, 6 – майда чанг бункерининг корпуси, 7 – кенгаювчи конус, 8 – аво
айтаргичи, 9 – муста камловчи болт, 10 – йирик чангни йи увчи бункер, 11 – бункерлар оп
, 12 – имнинг траекторияси.
Ушбу ускунанинг ишлаш принципи шундан иборатки, аво спиралли
каналда 1 айланма аракатга эришади ва чанг аррачалари марказадан очма куч
таъсирида корпус 3 олдида тўпланади. Бу ерда улар коагуляция исобига
йириклашиб, чанг атламини осил илади ва инерцияси туфайли 3, 10, 11,
6, 5 орали ига киради. Ушбу оралиққ асосан катта калибрдаги чанг
заррачалари йи илади. Шунинг учун йирик ва ўрта чанглар бункери бўлиб
20
хизмат илади. Майда чанглар эса, чанг тутгичнинг конус 5 исмига ўтиб, конус
девори бўйлаб пастга, ички бункер томон аракат иладилар. Бункерга кириш
исмида аво айтарувчи 8 ўрнатилган. аво унда айтиб, тепадаги труба томон
аракат илади, чанг заррачалари эса 7 ва 8 орали бўйлаб
аракат илиб, майда чанглар бункерига киради. Ишлаб чи илган чанг тутгич
ори самарага эга бўлишининг сабаби шундан иборатки, йирик ва ўрта чанглар
бункерига чангларнинг 90 фоиздан орти йи илади, шунинг
исобига конус исмидаги чанг атлами кескин камаяди. Бу эса атламнинг ори
исмидаги чангларнинг тозаланган аво трубасига сўрилиб кетишини кескин
камайтиради, натижада самарадорлик 96 фоиздан 99 фоизгача ортади.
Диссертациянинг
“Чанг тутгичнинг аэродинамик аршилиги,
самарадорлиги ва унинг оптимал параметрларини исоблаш услублари”
деб номланган тўртинчи бобидаги 4.1-бўлимда чанг тутгичнинг турли исм
лари учун аэродинамик аршилигини исоблаш формулалари келтири чи
арилган. Ушбу исмлар уйидагилардан иборат (8-расм): 1– спиралли канал; 2 –
авонинг айланма аракатга эришиб, коаксиал каналга кирадиган
исм; 3 – коаксиал канал; 4 – имнинг бурилиб, тозаланган аво трубасига
кирадиган жой; 5 – тозаланган аво трубаси.
Чанг тутгичнинг тўли аэродинамик аршилиги ушбу исмлардаги йў
олган босимларнинг йи индисига тенгдир. Шу сабабдан, ар бир исмдаги
аршиликни ани лаш учун, йў олган босимни исоблаш формулалари ани
ланган.
8- асм. Марказдан очма чанг тутгичнин вертикал кесими
уйида ушбу йў олган босимларнинг чанг тутгичнинг унумдорлиги -
G
(литр/сек) га нисбатан бо ли формулалари келтирилган:
21
/ , 2 ( ), 2 ( ).
ξ
=
r
1
r
2
D
вх
=
a
0
b
0
a
0
+
b
0
D
вых
=
ab a
+
b
(11)
имнинг киришдаги ўртача тезлиги уйидагича топилади:
G
U
=
(12)
0
2
a b
0 0
имнинг спираль каналидан чи аётгандаги ўртача тезлиги уйидагича:
G U
2
1
=
(13)
ab
U
0
D
вх
Re
0
=
.
имнинг кириш пайтидаги Рейнольдс сони -
ν
68.5 0.11
˜
˜
↓
ˆ
ℑ
ℑ
⊄
⊇
+
Δ
=
D
вх
0.25
Иш аланиш коэффициенти -
λ
. Чанг тутгич
0
Re
0
деворининг да аллиги -
Δ
=
0.15
мм
.
Спиралли каналдаги йў олган босим уйидагича исобланади:
ρ
λ
D
вх
2
2
0
U l
β
α
9 3 exp(
9 3
˜
↓
ˆ
ℑ
⊄
⊇
−
+
Δ
=
) 1
p
. (14)
1 0
β
α
+
4
Бу ерда,
ln( / )
α
=
D
вх
D
вых
,
ln( / ).
β
=
U
1
U
0
имнинг коаксиал каналдаги бўйлама тезлиги йидагига тенг:
G V
−
=
π
. (15)
2
( )
2
1
2
r r
аво айланма аракатга эришиб, коаксиал каналга кирган пайтдаги йў
отилган босимни исоблаш формуласи уйидагича:
(1 )
2 2
2
p
ρ
ξ
ρ
U V
+
−
Δ
=
. (16)
1
2
Бошлан ич бурчак
тезлиги -
2 2
U
ω
=
k
.
1
0
r
2
Коаксиал каналнинг эффектив диаметри –
2( )
2 1
D r r
эф
=
−
.
2
0.25 (
)
Re
D V r r
эф
+
+
=
.
ω
2
2
0
Коаксиал каналдаги Рейнольдс
сони -
ν
2 1
68.5 0.11
˜
˜
↓
ˆ
ℑ
ℑ
⊄
⊇
+
Δ
=
D
эф
0.25
Иш аланиш коэффициенти –
λ
.
0
Re
4
λω
ξ
ξ
−
+
=
V
L
K
Коаксиал каналдаги босимнинг йў олиши:
,
11 2 ( )
4
0
ξ
2
Δ
=
+
+
−
ξ
ξ
ρ
ρω
λ
K
V
L
2
2
3
˜
˜
↓
ˆ
r
ℑ
ℑ
⊄
⊇
+
1
(1 ) 1
2
p
(17)
0
.
(1 ( ))
2
2 4
2
D
22
имнинг тозаланган аво увури кириш пайтидаги босимнинг йў олиши:
ρ
ξ
+
−
Δ
=
(18)
p
ρω
2 2
2
2
V r
1
.
2
4
2
ξ
4
1
2
ω
ω
+
K
=
Тозаланган аво увуридаги бурчак тезлик -
.
1 ( )
0
1
ξ
G
V
π
=
.
Тозаланган аво увуридаги бўйлама тезлик –
2
1
r
1
Тозаланган аво увуридаги Рейнольдс сони
2
2
ω
2
1
Re
r V
+
r
=
. 2 0.25
1 1
1
1
ν
1
˜
˜
↓
ˆ
ℑ
ℑ
⊄
⊇
+
0.25
λ
Δ
=
r
68.5
Иш аланиш коэффициенти –
.
Re
0.11 2
1 1
Тозаланган аво увуридаги босимнинг йў олиши:
λω
L
K
1
=
,
2
1 1
V
1
ℑ
ℑ
⊄
⊇
Δ
=
+
−
˜
˜
↓
ˆ
(19)
2
2
2
p
ρ
ρω
λ
V L
r
.
1
1
1
1
1
5 1
4 4
r K
2
1
1
Чанг тутгичнинг тўли аршилиги орида келтирилган босимларнинг йў
олишлари йи индисига тенгдир
Δ
p
=
Δ
p
1
+
Δ
p
2
+
Δ
p
3
+
Δ
p
4
+
Δ
p
5
. (20) Диссертациянинг
4.2-бўлимида келтириб чи арилган формулаларнинг натижалари тажрибадан
олинган натижалар билан таққосланган. Тажрибалар ва исоблаш
натижаларини солиштириш учун Олмали КМК шахталаридаги LK 07 русумли
погрузчикларга татби этилган чанг тутгичи олинган. исоб натижалари (чизи )
ва тажриба натижалари (ну талар) 9-расмда келтирилган. Кўриниб турибдики,
келтириб чи арилган формулаларнинг натижалари тажрибаникига жуда ин.
Учинчи бўлимда чанг тутгичнинг самарадорлигини ани лаш учун унинг
биринчи бос ичининг (чангларнинг биринчи бункерга йи илиши)
самарадорлигини исоблаш формуласи келтириб чи арилган. Маълум бир
калибрдаги чанг учун самарадорлик коэффициенти уйидагича исобланади:
˙
˚
˘
⊆
∈
∪
˜
˜
↓
ˆ
ℑ
ℑ
⊄
⊇
+
− −
−
=
9 ( ) (1 ( ))
( ) 1 exp
1
1
( )
2
0
2
δ
ρ
ω
ξ
C
m
L
.
(21)
ξ
η
δ
V K
2
ξ
ρν
ξ
23
Бу ерда
ξ
- трубаларнинг диаметрлари нисбати,
C
m
- Кеннингем
коэффициенти,
δ
- заррача диаметр ,
ρ
- заррача материалининг зичлиги,
ω
0
-
коаксиал каналнинг бошидаги бурчак тезлиги, L – коаксиал каналнинг
узунлиги,
V
(
ξ
)
- имнинг бўйлама тезлиги,
ρ
- авонинг зичлиги,
ν
-
авонинг молекуляр овуш лиги,
K
(
ξ
)
- коаксиал канал учун орида
келтирилган. Агар чангнинг дисперсия таркиби берилган бўлса, яъни
i
δ
размерли заррачанинг масса улуши
i
ε
маълум бўлса, тўли самарадорлик
уйидагича ан ланади:
N
=
ℜ
, (22)
η
ε
η
δ
( )
i
=
1
бу ерда,
N
- фракциялар сони.
,
Па
i i
G, /
9-расм. Чанг тутгич аршилигининг унумдорликка бо ли лиги
4.4-бўлимда чанг тутгичнинг иккинчи бос ичини самарадорлигини ани лаш
услуби берилган. Бу услуб шундан иборатки, гидродинамика тенг ламалари (4)
асосларида чанг заррачаларининг траекториялари топилиб, статистика ор али
ушбу заррачаларнинг анчаси тутилиши исобланади.
DV
πμδ
∉
=
− ™™™™
⊂
=
−
+
zp
3
( ),
m V V
p z zp
Dt C
m
2
DV m V
πμδ
3
( ) ,
rp p p
(23)
ϕ
m V V
p r rp
Dt C r
™™™
=
− ™
©
m
DV
ϕ
p
πμδ
3
( ).
m V V
p p
Dt C
ϕ
ϕ
m
24
Бу ерда, V
r
, V
z
, V – аво имининг тезликлари; m
p
– заррача массаси, V
zp
, V
rp
,
V
ϕ
p
– заррача тезликлари,
δ
- заррачанинг диаметри;
D
Dt
- субстанционал
осила ,
m
– Кеннингем коэффициенти.
Кейинги 4.5-бўлимда чанг тутгич диаметрларининг оптимал нисбати
топилган. Ушбу оптимал нисбат, чанг тутгич самарадорлигининг максимал
ийматга эришишини таъминлайди. 10-расмда тутилган энг кичик чанг
заррачаси калибрининг ускуна диаметрлари нисбатига бо ли лиги
кўрсатилган. Расмдан кўриниб турибдики, диаметрлар нисбати
ξ
♠
0.66
бўлганда, тутиладиган чангларнинг ўлчами минимумга эга бўлади. Демак,
чанг тутгичнинг самарадорлиги ам ушбу нисбатда максимумга эришади.
δ
(
ξ
)
4.5
4
3.5
3
2.5
0.2 0.4 0.6 0.8 1
ξ
10- асм. Тутилган энг кичик чанг калибрининг диаметрлар нисбатига бо ли лиги
Назарий йўл билан топилган оптимал нисбат лаборатория
тажрибаларида ам ўз исботини топди.
4.6-бўлимда чанг тутгичлар ва аво тозалагичларнинг самарадор
ликларини ўлчаш усуллари берилган. Ушбу бўлимда чанг тутгичнинг сама
радорлиги ажрибада портландцемент 400 чанги учун ўлчанган ва олинган
формулалар натижалари билан солиштирилган. Портландцемент 400
чангининг дисперсия таркиби 1-жадвалда келтирилган.
11-расмда шахта LK 07 погрузчикларига мўлжалланган аво
тозалагичининг самарадорлиг , двигатель унумдорлигига бо ли лиги чизи ор
али кўрсатилган. Ушбу расмда ну талар тажриба натижалари. Кўриниб
турибдики, назарий исоблар тажриба натижалари билан яхши мос тушмо да.
Бу олинган назарий формулаларнинг адекват эканлигидан далолатдир.
25
1-жадвал
ортландцемент 400 чангининг дисперсия таркиби.
алибр орали , мкм
Ўртача калибр , мкм
ракциянинг улуши, %
0…10
5
12,0
10…20
15
36,2
20…30
25
19,39
30…40
35
17.2
40…50
45
12.8
50…60
55
0,3
60…70
65
1,2
70…80
75
0,8
80…90
85
0,3
90…100
95
1.2
, %
G, /
11-рисм. аво тозалагич самарадорлигининг двигатель унумдорлигига бо ли лиги
Диссертацияда олинган натижалар самараси ори бўлган чанг
тутгичларни ва аво тозалагичларни ишлаб чи аришга имкон берди. Ушбу
ишлаб чи илган ускуналар, нафа ат чет эл ускуналаридан кам эмас, балки
баъзи бир параметрлари билан атто устун амдирлар. Ишлаб чи илган чанг
тутгичлар ва аво тозалагичлар Ўзбекистон Республикасининг турли
объектларига татби этилган ва озирги кунгача муваффа иятли ишлаб келмо да.
26
ХУЛОСА
« эродинамика жараёнлари асосида ори самарали марказдан очма чанг
тутгичларни ишлаб чи иш» мавзусидаги докторлик диссертацияси бўйича
олиб борилган тад отлар натижасида уйидаги хулосалар та дим этилди:
1. Чанг тутгичдаги имнинг динамикасини Мда сонл ечиш усули билан
ўрганиш натижасида, марказдан очма куч асосида ишлайдиган чанг
тутгичларда осил бўладиган уюрмалар самарадорликка салбий таъсир
кўрсатадиган асосий омил эканлиги ани ланди.
2. имларнинг тур унлик назарияси асосида олиб борилган тад отлар
илк бор чанг тутгичдаги авони айлантириб берувчи мосламалар самарасини
ани лаш имконини берди. Бу со адаги тад отлар исти болда самарали чанг
тутгичларни ва аво тозалагичларни ишлаб чи ишда му им амият касб этади.
3.Чанг тутгичларда ва аво тозалагичларда осил бўладиган уюрмаларни
бартараф илишга йўналтирилган тад отлар махсус мосламани ишлаб чи ишга
имкон бериб, чанг тутгичнинг самарасини 20% гача оширишга хизмат илади.
4. Икки му итли турбулент имнинг динамикаси ва массанинг тар
алиши бўйича тад отлар илк бор овуш лик ва диффузия коэффициентларини
аналитик равишда ани лаш имконини берди. Бу со адаги тад отлар чанг
тутгичнинг биринчи бос ич исмларининг ўлчамларини исоблашга хизмат
илади.
5. Чанг тутгичнинг аэродинамик аршилиги ва самарадорлигини ани
лаш усуллари ишлаб чи илди. Олинган натижалар чанг тутгичларни ва
двигатель аво тозалагичларини лойи алашда му им амият касб этади.
6. Чанг тутгич ва двигатель аво тозалагичларининг ишчи исмларини
оптималлаш усули ишлаб чи илди. Бу со адаг тад отлар ихчам, ори самарага
ва кичик аэродинамик аршиликка эга бўлган чанг тугичларни, амда двигатель
аво тозалагичларини ишлаб чи ишга имкон яратади.
27
РАЗОВЫЙ НАУЧНЫЙ СОВЕТ НА ОСНОВЕ НАУЧНОГО СОВЕТА
ПО ПРИСУЖДЕНИЮ УЧЁНОЙ СТЕПЕНИ
ДОКТОРА НАУК 16.07.2013 /FM.02.02 ПРИ ТАШКЕНТСКОМ
ГОСУДАРСТВЕННОМ ТЕХНИЧЕСКОМ УНИВЕРСИТЕТЕ
НАЦИОНАЛЬНОМ УНИВЕРСИТЕТЕ УЗБЕКИСТАНА
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР ПО ОТРАСЛЕВОМУ
МАШИНОВЕДЕНИЮ ПРИ ТАШКЕНТСКОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ
ТЕХНИЧЕСКОМ УНИВЕ СИТЕТ
МАЛИКОВ ЗАФАР МАМАТКУЛОВИЧ
РАЗРАБОТКА ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ
ЛЕУЛОВИТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ
ПРОЦЕ СОВ
01.02.05 – Механика жидкости газа (технические науки)
АВТОРЕФЕРАТ ДОКТОРСКОЙ ДИССЕРТАЦИИ
ТАШКЕНТ – 2016
28
29
ВВЕДЕНИЕ (аннотация докторской диссертации)
Актуальность востребованность темы диссертации.
мире бу - ное
развитие промышленности наряду ростом выпуска промышленной продукции
привело увеличению негативного воздействия производства на окружающую
сред . Это свою очередь ставит перед исследователями - вые задачи, том числе
об уменьшени промышленных отходов, количества выбрасываемых
атмосферу токсичных газов. За последние пятьдесят лет выбросы углеродных
соединений атмосферу увеличилось 9 раз. резул - тате этого окружающая
среда загрязняется возникает глобальная эколог - ческая проблема.
При ешени возникших проблем, предотвращении экологических -
тастроф процесса глобального потепления климата важное значение имеет
уменьшение воздействия промышленных выбросов окружающую среду. том
числе, применение пылеочистительных средств эффективных пыл -
уловителей при очистке выбрасываемых окружающую среду газов пр - цессе
производства товаров является актуальной задачей. Пылеуловители
необходимы не только для очистки промышленных газов, но для обеспеч - ния
работы двигателей внутреннего сгорания автомашин оптимальном ритме. се
транспортные средства, используемые при добыче полезных - копаемых,
эксплуатируются условиях высокой запыленности. таких условиях
абразивные част цы пыли, проникая рабочую камеру двигателя, являются
причиной износа его поверхностей приводят уменьшению мощности
двигателя, увеличению расход топлива смазочных матери - лов.
После достижения независимости нашей стране во многи отраслях
промышленности большое внимание уделяется локализаци производс ва, том
числе, особое внимание уделяется усовершенствованию разработке
пылеочистительных устройств соответствии климатическими особенн - стями
республики. Более 80% пылеочистительных средств, используемы
промышленности, являются пылеуловителями, работающими на основе це -
тробежной силы. Поэтому, проведение научно-исследовательских работ по
усоверше ствованию разработка новых конструкций высокоэффективного
пылеуловител такого типа имеет важное научно-практическое знач ние.
Данное диссертационное исследование определенной степени служит
выполнению задач, предусмотренных Постановления Кабинета Мин - стров
Республики Узбекистан 232-1 от 26 апреля 1996 года «Об утвержд - нии ст ва
комитета по хране окружающей среды» ПП-142 от 27 мая 2013
года « программе ействий по охране окружающей среды Республик - бекистан
на 2013-2017 годы».
Соответствие исследования приоритетным направлениям ра -
вития науки технологий республик .
Данное исследование выполнено соо
ветствии приоритетным направлением II развития науки технологий ре
публики «Энергетика, энергия ресурсосбережение».
30
Обзор международных научных исследований по теме диссерт -
ции
1
.
Научные исследования, направленные на изучение аэродинамических
процессов многофазного потока внутри пылеуловителей проводятся во мн -
гих ведущих научных центрах мира, том числе NASA Glenn research cen ter,
Boeing Scientific Research Laboratories, Massachusetts institute of tech nology,
Stanford university (США), Cambridge university ( ликобритания), Hettingen
laboratory (Германия), The Air Systems Research Center (Япония),
China Aerodynamics Research and Development Center (Китай), Московском
государственном ун верситете (Россия) Ташкентском государственном
техническом университ те.
результате проведенных мире исследовани по изучению проце - сов
внутри пылеуловителей, получены ряд научных результатов, том числе:
разработаны различные конечно-разностные методы методы конечных
элементов для численного решения уравнений для многофазных потоков
(Stanford university, Boeing Scientific Research Laboratories, Cambridge univer
sity, Massachusetts institute of technology, США); получены аэродинамические
эффекты для многофазных потоков (Cambridge university, Великобритания);
получена математическая модель динамики свободного турбулентного потока
при обтекании препятствий (Hettingen laboratory, Германия); разработаны
конструкции высокоэффективны вихревых пылеуловителей (The Air Systems
Research Center, Япония); разработан механизм сепарации пылевых частиц
выбрасываемых газов (China Aerodynamics Research and De velopment Center,
Китай), разработана конструкция каскадного многоступе - чатого
пылеуловителя для очистки газа от металлургических печей (Моско - ский
государственный универс тет).
мире по усовершенствованию конструкций пылеуловителей пров -
дятся исследования по ряду приоритетных направлений, том числе: мат -
матическое моделирование урбулентных многофазных потоков; разработка
эффективных алгоритмов для численного решения этих моделей; усоверше -
ствование ко струкций пылеуловителей на основе процессов протекающи
по законам аэр динамики.
Степень изученности проблемы.
Пионерские работы по исследов -
нию аэродинамики многофазных сред проведены ещё XIX веке. Однако XX
веку, практическое значение многофазных потоков существенно возро - ло за
счет исследований ученых теория многофазных сред получило знач - тельное
разв тие. 1967 году . Фортье разработал теорию миграции для многофазного
турбулентного потока. Данная теория получила свое дальне - шее развитие
ботах европейских американских ученых (Фридлендера,
________________________________
1
Обзор международных научных исследований по теме диссертации http:/www.nasa.gov/centre/glenn/home/index.html;
http://universal_ru_en.academic.ru/66921/; Wildes, Karl L.; Lindgren, Nilo A. (2005). A Century of Electrical Engineering and
Computer Science at MIT, 2006-2009. Cambridge, Mass.: MIT Press. ISBN 9780262231190; Stuart W. Leslie: The Cold War
and American Science: The Military-Industrial-Academic Complex at MIT and Stanford. Columbia University Press, New York
[u. a.] 1993, ISBN 0-231-07958-3; http://www.mod.go.jp/trdi/en/research/kenkyu_koukuu_en.hyml; University of Cambridge
(ed.). "The Revived University of the Nineteenth and Twentieth Centuries" Retrieved 7 August 2014;
http://www.utias.utoronto.ca; http://www.cards.cn:88; http://universal_ru_en.academic.ru/240165; История Московского ун -
верситета. . 1—2. ., 1955
;
На рубеже двух столетий/ . . Бюшгенс, . . Бедржицкий. . : ЦАГИ, 2008. 480 . — ISBN
5-02-007017-3; Фортье . Механика суспензий. // .: Мир, 1971; Рахматуллин . . Основы газовой динамики
31
взаимопро-никающих движений сплошных сред. // ПММ, 1956, .20; Нигматулин . . Динамика многофазных
сред.//Москва, Наука, 1987; Faizullaev D.F. Laminar motion of multiphase media in conduits.//Consultants bureau, New York,
196 др.
Джоунстоуна, Оуэна, Дейвиса, Била, Земеля др). ольшой вклад развитие этой
области внес узбекский ученый, профессор Московского университета . .
Рахматулин. Он является основоположником теории взаимопроника -
щих движений многофазных потоках. . . Рахматулин первым сост вил систему
уравнений для сжимаемой многофазной среды, проанализировал - новные
законы распространения волн, разработал основы теории пограни - ного слоя
двухфазной смеси. Теория . . Рахматулина нашл широкое применение
гидротехнике, химической технологии, атомной энергетике.
качестве ученого, внесший существенный вклад развитие теории мног -
фазного потока можно упомянуть академика АН . . Нигматулин , кот - рый
является учеником . . Рахматуллина. . . Нигматулин своих матем - тических
моделях уч взаимодействи частиц межд собой дополнил - стему уравнений
многофазной смеси. Узбекистане для развития ламина - ных течений
многофазных сред, существенный вклад внес пр фессор . .
Файзуллаев.
Несмотря на большие достижения исследований области многофа - ных
потоков, существует немало нерешенных проблем. Например, до сих пор не
выведены строгие математические уравнения для турбулентного - чения мн
гофазной среды. Существующие математические модели носят
основном эмпирический характер не всегда адекватно описывают возник -
ющие явл ния турбулентных многофазных средах. Это можно наблюдать
особенно закр ченных потоках внутри центробежных пылеуловителей.
Связь темы диссертаци научно-исследовательскими работами
учреждения, где выполнена диссертация.
Диссертационное исследование
выполнено рамках плана научно-исследовательских фундаментальных пр -
ектов научно-исследовательского центра по отраслевому машиноведению при
Ташкентском государственном техническом университете .13-12 по теме
«Процессы переноса тепла концентрации взвешенных частиц турб - лентном
струйном потоке» (2012-2014), также хоздоговоров 02-1541 . «Разрабо ка
опытно-промышленное испытание вихревого пылеуловителя
цинковом заводе ОАО АГМК» (2010-2011), 02-2180 . «Модернизация
внедрение инерционного ильтра для подземного автотранспорта, работа -
щего условиях высокой запыленности» (2011-2012), 02-2092 . «Разр - ботка
высокоэффективного воздухоочистителя для двигателей большегру - ных
карьерных автосамосвалов» (2012-2013), 14/2012 «Внедрение инерц - онного
воздухоочистителя для двигателей транспортных средств НГМК» (2012-2013),
02-1466 . «Промышленные испытания разработкой ко - плекта
конструкторской документации внедрение инерционного воздух - очистителя
для двигателей внутреннего сгорания большегрузных автом - шин»
(2013-2014).
Целью исследования
является разработка промышленных высокоэ - фе
тивных центробежных пылеуловителей, также воздухоочистителей для
32
двиг телей транспортных средств специальной техники на основе теории
аэрод намики многофазных сре.
Задачи исследов ния:
математическое моделирование динамики потока внутри центробежн-
го пылеуловителя на основе уравнений гидродинамики;
разработка численного метода расчета уравнений гидродинамики; на
основе численного эксперимента поиск оптимальных параметров элементов
центробежных пылеуловителей, обеспечивающих безотрывное- чение потока;
повышение эффективности закручивающих потока за устройств;
оделирование процессов потоке аэрозоли на основе кинет ки; разработка
методов определения сопротивления эффективности це- тробежных пылеулов
телей;
разработка метода оптимизации геометрически параметров пылеулов-
теля;
на основе результатов исследований разработка модернизированного,
высокоэффективного центробежного пылеулов тел.
Объектом исследования
являются пылеочистительные устройства,
используемые промышленности, также воздухоочистители для двигат- лей
внутреннего сгорания.
Предмет исследования
составляют онструкции, эффективность
аэродинамическое сопротивление центробежных пылеуловителей.
Методы
исследования
. диссертации применены методы численного исследования
одно двухфазных сред, методы аналитического анализа- ставленных
уравнений, лабораторное тестирование полученных результатов.
Научная
новизна исследования
заключается дующем: разработана новая конструкция
шнекового пылеуловителя; разработана нова конструкция воздухоочистителя,
работающая на- нове центробежной силы для двигателей автомашин;
усовершенствован метод определения аэродинамических параметров
потока внутри пылеуловителя;
усовершенствована математическая модель процессов переноса массы
тепла аэрозольном потоке на основе кинетической теории;
усовершенствованы методы определения эффективности аэродин- мического
сопротивления пылеуловит ля;
разработан метод определения оптимальных параметров пылеуловит-
ля.
Практические результаты исследования.
Разработаны промышле-
ные шнековые пылеуловители, работающие на основе центробежной силы
возд хоочистители для двигателей внутреннего сгорания.
Достоверность полученных результатов
основывается на корректной
математической постановке задач гидродинамики, на апробированны мет- ах
известны алгоритмах для построения численных программ, также на
33
сопоставлени еоретически численны результатов экспериментал - ными да
ными.
Научная практическая значимость результатов исследования
.
Научная значимость результатов исследования определяется применении их
при математическом моделировании многофазных сред численном решении
выведенных уравнений.
Практическая значимость работы служит для разработки проектов -
сокоэффективных промышленных пылеуловителей воздухоочистителей для
двигателей внутреннего сгорания автомашин.
Внедрение результатов исследования.
На основе результатов иссл -
дования аэродинамических процессов промыш енно пылеуловител возд
хоочистителе:
внедрены нековые пылеуловители на « звестковом заводе» акци -
нерного общества лмалыкский горно-металлургический комбинат (справка от
18 ноября 2015 года акционерного общества АГМК №ФМ-7222). Эффе -
тивность недренны пылеуловителей оказалось на 15-16% выше, чем - рийных
пыл уловителей позволили дополнительно удержать 210-243 онн пыли год;
внедрены оздухоочистители для двигателей внутреннего сгорания на
шахтных машинах Ангренском рудоуправлении акционерного общества
лмалыкский горно-металлургический комбинат, на самосвалах БелАЗ теплов
зах Государственного Предприятия Навоийский горно металлургический ко
бинат (справка от 18 ноября 2015 года акционерного общества АГМК
№ФМ-7222). недренные воздухоочистители позволили увеличить срок
службы дв гателей 2 раза.
Апробация результатов исследования
. Результаты исследования
диссертации прошли апробацию на 4- международных республиканских
научно-технических конференциях, том числе: «Труды XVIII Научных чт - ний
по космонавтике, посвященных памяти выдающихся ученых-пионеров
освоения космического пространства» (Москва, 1994); «Геолотехнология:
инновационные методы недропользования XXI веке» (Москва, 2007); « -
временная те ника технология горно-металлургической отрасли пути их
развития» (Навоий, 2008); «Энергосбережение, энергоэффективност во -
обновляемые источники энергии» (Ташкент 2015).
Опубликованность результатов исследования
. теме диссертации
опубликовано 29 научных работ, из них 14 научные статьи (4 из них зар -
бежных изданиях), получен 1 патент на изобретение.
Структура объем диссертации
. иссертаци состоит из введения,
четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 149 наим -
нований приложений. Диссертация изложена на 184 страницах машин -
писного текста, содержит 65 рисунков, 3 таблицы.
34
СНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
Во
введении
обосновываются актуальность востребованность темы
диссертации, формулируются цель задачи, также объект, предмет мет - ды
исследования, приводится соответствие исследований приоритетным
направлениям развития науки технологий Республики Узбекистан, излаг -
ются научная новизна практические результаты исследования, обосновыв -
ется достове ность полученных результатов, раскрываются теоретическая
практическая значимость полученных результатов, приведены результаты
внедрения диссе тационной работы практику, сведения по апробациям
опубликованным ботам, структуре объёму диссертации.
первой главе диссертации
«Обзор промышленных пылеуловит -
лей воздухоочистителей для двигателя внутреннего сгорания»
прив -
дятся характеристики всех типов промышленных пылеуловителей воздух -
очистителей, которые используются для очистки воздуха для двигателя вну -
реннего сгорания техники. Подробно излагаются их достоинства недоста - ки.
Дается обоснование развития инерционных центробежных пылеуловит - лей
воздух очистителей, которые могут быть использованы практически во всех
технол гических процессах.
Принципиальная схема центробежного пылеуловителя иллюстрирована
на рис.1. Принцип действия центробежного пылеуловителя заключается том,
что пылевоздушный поток воздухозаборнике приобретает вращател - ную ск
рость поступает кольцевой канал - между корпусом трубой для отвода
очищенного воздуха. Твердые частицы результате действия центр - бежной
силы прижимаются корпусу пылеуловителя, далее двигаясь по внутренней
поверхности конуса, поступают бункер, очищенный воздух от частиц
поступает водящую трубу.
Существующие центробежные пылеуловители серийного произв - ства,
имеют не высокую эффективность, не более 75%. Поэтому данной главе
сформулированы задачи, решения которых приводят разработке -
сокоэффективных центробежных промышленных пылеуловителей возд -
хоочистителей для различных автомашин. Для достижени поставленной - ли,
первую очередь необходимо начать исследовать аэродинамику возду - ного
потока внутри центробежного пылеуловителя. Поэтому второй главе
«Аэродинамические процессы, возникающие внутри центробежных -
леуловит лей»
, на основе систем уравнений Эйлера изучены особенности
потока различных участках центробежных пылеул вителей.
параграфе 2.1 проведено численное исследование системы уравне
ний аэродинамики конусной части пылеуловителя (рис.2). Для получения
стаци нарного решения системы уравнений, использован метод установле
ния. Суть данного метода заключается том, что решение нест ционарной
задачи при большом значении времени будет стремит ся решению стаци -
нарной задачи.
35
Рис. 1. Принципиальная схема центробе ного пылеуловителя
1 – окошко для входа запыленного воздуха пылеуловитель, 2 – воздухозаборник для -
крутки потока воздуха, 3 – корпус пылеуловителя, 4 – труба для отвода очищенного во -
духа, 5 – сепарированная пыль, 6 – конусная часть пылеуловителя, 7 – труба для гашения
скорости потока воздуха, 8 – бункер для сбора ли.
Рис 2. Вертикальный разрез центробежного пылеуловителя
бласть течения потока имеет осевую симметрию, поэтому система
уравнений изучена цилиндрических координатах (
z
,
r
,
ϕ
). Система уравн - ний
аэродинамики цилиндрических координатах имеет вид:
36
™™ ™
™
⊂
∉
∂
υ
υ
()()
r
+
∂
r
=
0,
zr
∂
z
∂
r
∂
υ
z
+
υ
∂
υ
z
+
υ
∂
υ
z
+
1
∂
p
=
0,
∂
z
r
ρ
tzr
™™™
™
©
∂
∂
∂
z
(1)
∂
υ
∂
υ
∂
υ
υ
2
1
∂
p
+
∂
r
υ
r
z
+
υ
r
r
ϕ
−
+
ρ
=
0.
tzrr
∂
∂
∂
r
Для численного исследования данной системы уравнений, введены-
раметры фун ции тока-
ψ
,
завихренности потока-
ζ
,
циркуляция потока- .
Эти параметры составляющими скорости потока связаны следующим обр-
зом:
υ
=
−
1
ψ
∂
,
υ
=
1
ψ
∂
,
rz
rzrr
ζ
=
∂
υ
∂
− ∂
υ
∂
υ
ϕ
,.
(2)
∂
rz
zr
∂
=
r
После подстановки новых переменных, система уравнений аэродин-
мики будет
™™ ™
™
⊂∉
∂
ζ
∂
υ
ζ
∂
υ
ζ
∂
2
++=
,
rz
∂ ∂ ∂ ∂
3
trzzr
∂
υ
∂
υ
∂
∂
++=
rz
0,
∂
∂
trz
™™™
™
©
(3)
∂
ψ
2
∂
ψ
2
1
∂
ψ
+
−
=
−
ζ
∂
2
∂
2
∂
r
.
zrrr
Далее, для удобства постановки граничных условий произведено пр-
образование переменных:
r
ξ
η
RzR
2
ztg
α
=
z
==
−
,
Rz
()
,().
результате преобразований, система уравнений Эйлера приведена
виду:
ζ
∂
+
∂
υ
ζ
+
η
tg
α
∂
υ
ζ
+
1
∂
υ
ζ
=
zrr
∂
t
ξ
ξ
η
ξ
η
∂
RR
ℑ
ℑ
⊄
⊇
ξ
()
+
˜
˜
↓
ˆ
∂
η
α
()
ℑ
ℑ
⊄
⊇
∂
ξ
˜
˜
↓
ˆ
23
()
∂
=
R tg
()
∂
23
R
ξ
∂
η
3
R
ξ
()
η
∂
η
3
37
∂ ∂
ℑ
ℑ
⊄
⊇
η
α
υ
∂
υ
υ
0,
( ) ( )
=
˜
˜
↓
ˆ
tg
+
+
+
r
z z
(4)
∂
t
∂
ξ
ξ
R R
ξ
∂
η
2
ψ
η
α
2
ψ
∂
˙
˚
˘
⊆
∈∪
2
2
∂
2
∂
+
2
tg
1
+
+
2
η
α
tg
2
ψ
2
+
ξ
ξ
ξ
η
ξ
ξ
η
∂
R R
( )
∂ ∂
( ) ( )
R
∂
=
−
∂
∂
˙
˚
˘
⊆
∈∪
2
η
α
tg
+
−
ψ
( ) , 1
η
ξ
ζ
2
R
2
ξ
η
( )
∂
ψ
η
α
R
∂
ψ
∂
ψ
R
r
−
z
=
−
=
1 ,
( ) ( )
1
tg
υ
R R
η
ξ
∂
ξ
υ
.
( )
2 2
∂
η
ξ
∂
η
η
ξ
Граничные условия для этой системы ставятся на сечении
ξ
=0 (рис.1),
которое находится на некотором расстоянии до начало конуса. ) Диапазон
R
R
1
2
≤
η
≤
1 соответствует коаксиальному каналу, откуда поступает
закрученный поток. Для поступающего потока ставятся следу - щие условия:
2
2
2
ωη
ζ
υ
υ
η
ψ
(5)
=
=
=
=
−
=
R
z
V
r
V R R
( )
2
2
, , 0, , 0.
2
2
1
2
Здесь
V
,
ω
– продольная угловая скорости потока соответственно.
Многочисленные опыты показали, что
ω
=
const
.
) условие 0
<
η
<
R
R
1
2
соответствует выходу потока. Здесь поставл - ны
условия экстраполяции
2
2
2
∂
ζ
. (6)
∂
∂
ψ
2
∂
ξ
=
=
=
∂
ξ
0, 0, 0
2 2
∂
ξ
Данные условия являются стандартными приемами при численной ре -
лизации гидродинамических уравнений на выходе. Условие при
ξ
=
1
соо -
ветствует чению вдали от начало конуса. Условия на этом сечении:
) для 0
<
η<
1:
; ; .
ψ
=
ψ
2
=
2
ζ
=
ζ
2
Здесь индекс 2 относится
внешней трубе нусу.
Для численного решения уравнения переноса циркуляции потока сист -
мы (1) использована конечно-разностная схема Мак-Кормака, которая явл -
ясь двух шаговой, имеет точность второго порядка
( , , )
2 2 2
O
Δ
t
Δ
ξ
Δ
η
. для
численного решения уравнения функции тока использован итерационный
метод верхней релаксации по направлению
η
прогонка по
ξ
i.
качестве
начального условия для рассматриваемой нестационарной задачи использ -
вано решение стаци нарного потенциального течения.
38
На рис.3 показаны схематическая картина направления скоростей - тока,
полученные результате численного решения поставленной задачи. Из рисунка
видно, что образуется зона обратного течения. Данный вихрь возн - кает за
счет отрыва потока. Однако ходе численного эксперимента был найден
диапазон угла конуса, при котором интенсивность обратного течения заметно
ослабляе ся. Численный эксперимент показал, что это происходит,
если
0 0
8
≤
α
≤
13
.
Рис.3. Схематическая картина скоростей тока пылеуловителе
Возникающий вихрь отрицательно влияет на эффективность оборуд -
вания, . . частицы пыли, прижатые стенке, отбрасываются назад. - зультате
частицы пыли попадают во вход отводной трубы вместо того, чтобы по стенке
конуса двигаться бункер, который находится конце конуса.
роведенные опыты показали, что выбором оптимального угла конуса мо - но
увеличить фективность центробежного пылеуловителя от 40% до 75%.
Причиной возникновения обратного течения, точки зрения физики, являе - ся
источник вихря правой части первого уравнения системы (4). пар - графе 2.2
теоретически показано, что можно свести минимуму данного - точника, если
качестве закручивающего элемента воздуха использовать шнековый канал.
результате разработан шнековый пылеуловитель (рис.4).
39
Рис. 4. Принципиальная схема шнекового пыл уловителя
1 – отводная труба для очищенного газа, 2 – воздухозаборник, 3 – шнек для закручивания
потока, 4 – конус сепарационной зоны, 5 – бункер для уловленной пыли, 6 – поток газа, 7
– правление очищенного газа.
Разработанны шнековые пылеуловители производительностью 0.9
3
/
количестве 32 штук установлены известковый завод ОАО АГМК показали
эффективность 85%. тоже время показатель эффективности - рийных цикл нов
ЦН-15 составляли 69%, аэродинамическое сопротивление них было
практически одинаковым. Несмотря на преимущество по пыл - улавливанию
шнековых пылеуловителей перед центробежными инерцио - ными циклонами,
них существует ряд недостатков. Первый недостаток – он сложен по изготовл
нию, второй – все еще недостаточно эффективен, третий – его невозможно
пользовать для пыли, которая имеет сильное налипание поверхностям, . . есть
большая вероятность забивания шнекового канала пылью. Последний
недостаток пылеуловителя сильно уменьшает его диап - зон применения. Это
недостаток подтолкнул на поиски более удачной ко - струкции пылеуловителя,
для которой вероятность налипания пыли мин - мальна. этом отношении привл
кательной является конструкция циклона. Но для этого, необходимо найти
решение проблемы - минимизации обрат - го вихря. параграфе 3.2
описывается еще один способ решения данной проблемы. Простым весьма
эффективным решением оказался простой -
40
трубок, который вставляется на входе трубы для отвода очище ного воздуха
(рис.5).
Рис.5. Центробежный пылеуловитель со стаб лизатором
Эффект этого патрубка заключается том, что он перераспределяет
входящий поток воздуха отводную трубу. результате этого уменьшается
вероятность отрыва потока, . . поток стабилизируется. Поэтому этот эл - мент
назван стабилизатором. этом параграфе проведено численное иссл - дование
аэродинамики потока внутри пылеуловителя этим элементом - казано, что
стабилизатор действительно уменьшает интенсивность обратного вихря.
На стабилизацию потока, следовательно, на эффективность центр - ежного
пылеуловителя сильное влияние оказывает конструкция воздухоз - борн ка.
Он является закручивающим элементом пылеуловителя. Поэтому четве том
параграфе второй главы, проведен анализ всех известных типов
воздухозаборников. Для закручивания входящего отока воздуха пылеул -
витель используются ряд принципов подвода газа: ) спиральный, ) танге -
циальный, ) винтообразный, 4) розеточный возвратом газа, 5) розеточный
прямоточный (рис.6). данном параграфе дается математическое доказ -
тельство преимущества спирального воздухозаборника по сравнению др -
гими. Поэтому этот тип воздухозаборника дальнейшем использован при -
здании высокоэффекти ных пылеуловителей воздухоочистителей. итоге
эффективность лаборато ного центробежного пылеуловителя была доведена
до 96%. целью еще бол шего увеличения эффективности пылеуловителя
проведен обширный литературный патентный анализ инерционных пыл -
уловителей воздухоочистит лей последних лет. Использование различных
элементов приспособлений, описанных них, привели желаемому - зультату.
Это свидетельствует том, что дальнейшее увеличение эффекти - ности за счет
только стабилизации потока воздуха не представляется во -
41
можным. Поэтому возникает необходимость исследования процессов пер -
носа пылевых частиц, чему посвящается третья глава диссертации.
Рис. 6. Типы
подвода газа центробежные пылеуловители
параграфе 3.1третьей главы
«Динамика пылевых частиц аэроз - лей
центробежном пылеуловителе»
оказано, что течение потока внутри
центробежного пылеуловителя носит турбулентный характер. Однако эта турб
лентность проявляется пристеночном слое, где скапливаются частицы пыли.
Поэтому для математического моделирования многофазной струи внутри
пылеуловителя предлагается область течения разбить на две зоны:
основную пристеночную. основной зоне, это вдали от стенки, турбулен -
ность имеет мелкомасштабный характер. Поэтому этой зоне для математ -
ческого опис ния потока воздуха, можно использовать уравнения Эйлера.
пристеночной зоне движение несущего потока частиц носит хаотический
характер, следовательно, этой зоне преобладает диффузный перенос су -
станций.
параграфе 3.2 проводится анализ всех сил, действующих на частицы
пыли основной зоне течения. Производится их оценка показывается, что
основными силами являются центробежная гидродинамическая силы, остал
ными силами можно пренебречь.
Нередко бывает, что наряду твердыми пылевыми частицами необх -
димо улавливать аэрозольных капель. Аэрозоли могут возникнуть резул - тате
конденсации промышленных газов, выбрасываемых атмосферу. - мимо ест
ственной конденсации газов, аэрозоли возникают мокро-инерци онных
пылеуловителях. Потому, что таких пылеуловителях пылевозду - ный поток
увлажняется водой. Поэтому параграфе 3.3 рассмотрены дин - мика
тепломассообмен малых аэрозолей приближении свободномолек - лярного
обтекания потоком газа. Получены расчетные формулы, которые - гут быть
использованы при проектировании различных пылеуловит лей.
42
параграфе 3.4 рассматривается процесс переноса твердой фаз
пристеночной зоне. Как было сказано выше, процесс переноса этой зоне носит
диффузный характер. Поэтому, для определения коэффициента ди - фузии, ан
литически решена задача – динамика двухфазной турбулентной затопленной
струи процессы переноса. Для решения поставленной задачи, рассмотрены
уравнения гидродинамики для двухфазной струи сферических оордин тах
r
,
θ
:
(sin ) 0,
sin
1
( ) 1
™™™
™
™
⊂∉
∂
2
r V
+
=
∂∂
θ
V
2
r r
∂
r
r
θ
θ
θ
ρ
ρ
ρ
ρ
θ
∂
V
∂
=
∂∂ ℑ
ℑ
⊄
⊇
∂
∂
+
˜
˜
↓
ˆ
ℑ
ℑ
⊄
⊇
∂
∂
˜
˜
↓
ˆ
1 1
∂
p p p p
V
+
θ
Dr
2
sin ,
sin
D
r
∂
r
θ
2
2
θ
θ
θ
r r r
∂
r r
∂
=
+
−
∂∂
(sin ) 0,
sin
1
( ) 1
™™™™
™
©
∂
r
2
+
θ
θθ
ϕϕ
(7)
2
r r
θ
rr r
θ
θ
∂
r r
θ
=
−
+
ctg
(sin ) 0.
sin
1
( ) 1
∂
r
2
+
∂
θ
r
θ
ϕϕ
2
r r
θ
θθ
r
θ
θ
∂
r
∂
r
системе (7) тензоры потоков импульса равны
ρ
∂ −
∂
∂
=
+
+
−
+
™™™™
™
⊂∉
2
ρ
ρ
ν
ρ
ρ
p V V
p
( ) 2 ( ) 2 ,
r
rr p r t p
r
DV
r
∂
r
ρ
∂
=
+
+
−
+
V V
∂
˜
−
V
D
2 ,
1
( ) 2 ( )
ˆ
ℑ
⊄
⊇
+
2
θ
ρ
ρ
ν
ρ
ρ
r p
p V
θθ
θ
θ
θ
p t p
r
∂
r
↓
r
∂
θ
V
V ctg
θ
˜
↓
ˆ
ℑ
⊄
⊇
=
−
+
+
™™™™
™
©
(8)
p
ν
ρ
ρ
θ
2 ( ) ,
r
ϕϕ
t p
r
r
ρ
∂
˜
−
ρ
ˆ
ℑ
⊄
⊇ −
∂∂
ℑ
ℑ
⊄
⊇
∂∂
˜
˜
↓
ˆ
∂
=
+
−
+
1
(
) ( )
V V
V
V
D
r r p p
θ
ρ
ρ
ν
ρ
ρ
V V
+
r p r t p
θ
θ
+
V
θ
θ
r
∂
r
r
↓
r
∂
θ
θ
r
Здесь
p
,
ρ
,
ρ
p
,
V
r
,
V
θ
,
ν
t
,
D
- соответственно давление, плотность газ -
вой среды, плотность твердой фазы, две составляющие скорости, кинемат -
ческая вязкость коэффициент диффузии турбулентной многофазной струи.
диссертационной работе для системы уравнений (7) получены автомодел -
ные шения первых двух приближений. Доказано, что полученные решения
существуют, если коэффициенты вязкости диффузии двухфазного потока дут
иметь вид:
ν
=
ν
=
− −
ν
,
D
.
0 0
ρ
t
ρ
2
1
Sc
(
9)
ℑ
ℑ
⊄⊇
− −
˜
˜
↓
ˆ
Sc
Sc
2 1
1
p
p
2
ρ
2
Sc
ρ
43
этих выражениях Sc – число Шмидта,
ν
0
- инематическая турбулентная вя
кость чистого газового потока. Полученные решения обобщаю известные
решения для чистого газа . . Ландау . . Румера. Для большинства - стиц пыли
можно считать, что Sc = 1. ормулы (9) использованы для расчета диффузного
переноса частиц пыли пристеночной зоне. результате опр - делено процентное
содержание
η
пыли зависимости от расстояния -
Δ
:
0
/
1
ν
η
−
Δ
=
−
u
e
(10)
Здесь
u
- радиальная скорость, которую частицы пыли обретают за счет
действия центробежной силы. работе показано, что для пылеуловит - ля
отводной трубой радиуса
R
1
=
5
см
корпусом радиуса
2
R
=
10
см
примерно
87% пылевых частиц диаметром 5 мкм будут содержать слое толщиной
Δ
♠
2
см
. Видно, что пылевой слой занимает довольно большое пространство.
Появление этого слоя отрицательно действует на эффекти - ность
пылеуловителя. Потому, что из верхней области слоя частицы пыли -
сасываются отводную трубу. Следовательно, уменьшение или устранение
данного пылевого слоя является еще одним из способов увеличения эффе -
тивности пылеочистительной установки. Эта проблема успешно решена
разработанном пылеуловителе. Данный пылеуловитель иллюстрирован на
рис. 7. Принцип работы данного устройства заключается том, что поток
спиральном канале 1 приобретает вращательное движение. результате де -
ствия центробежной силы левые частицы прижимаются корпусу 3, здесь
езультате коагуляции част цы укрупняются образуют пылевой слой по
инерции попадают пространство между 3, 10, 11, 6 5. Данное простра - ство
образует бункер для частиц крупного среднего размеров. данный бункер
попадают основном кру ные средние пылевые частицы. Мелкие частицы
пыли не попавшие него, переходят конусную часть 5 воздух - очистителя. Там
поток перед входом бункер для мелких частиц ударяется об отражатель,
вследствие чего воздух устремляется отводящую трубу,
частицы пыли попадают во внутренний бункер. Высокая эффективность -
леулавливания данного устройства достиг ется за счет того, что бункере для
крупных средних частиц накапливается около 90% пыли, вследствие чего
конусной части толщина пылевого слоя щественно уменьшается по
сравнению тем, если бы отсутствовал внешний бункер. уменьшение то -
щины пылевого слоя конусе приводит уменьшению уноса пылевых - стиц
отводящую трубу. результате данного явления, эффективность - бораторного
воздухоочистителя удалось вел чить 96% до 99%.
44
Рис. 7. Принципиальная схема разработанного пылеуловителя
1 – труба для отвода очищенного воздуха, 2 – спиральный во духозаборник, 3 – корпус, 4
– патрубок для стабилизации потока воздуха, 5 – конус для улавливания мелких частиц, 6
– корпус бункера для мелких частиц, 7 – расширяющийся конус, 8 – отражатель, 9 – кр -
пежный болт, 10 – конус для сбора крупных частиц, 11 – крышка для бункеров, 12 – тр -
ектория движения тока.
параграфе 4.1 четвертой лавы
«Методики расчетов аэродинамич -
ского сопротивления, оптимальных параметров эффективности возд -
хоочистителя»
для проведения расчета аэродинамического сопротивления
пыл уловителя, область течения потока разбит на различные зон (рис. 8): 1
– зона спирального воздухозаборника, 2 – зона, где поток приобретает вр -
щательное движение поступательную скорость, направленную вниз, 3 – - на
коаксиального канала, 4 – зона, где происходит разворот потока устре - ляется
отво ную трубу, 5 – зона течения потока отводной трубе.
45
Рис. 8. Вертикальный разрез центробежного пыл уловителя.
Полное аэродинамическое сопротивление во духоочистителя, состоит из
сумм потери давлений этих зонах. Далее ля расчета аэродинамического
сопротивления пылеуловителя для заданной производительности –
G
(литр/сек) выведены расчетные формулы потери давления для каждой - ны:
/ , 2 ( ), 2 ( ).
ξ
=
r
1
r
2
D
вх
=
a
0
b
0
a
0
+
b
0
D
вых
=
ab a
+
b
(11) Скорость
потока на входе воздухозаборник составляет
G U
=
(12)
0
2
a b
0 0
Скорость потока на выходе из воздухозаборника равна
G U
2
1
=
(13)
ab
U
0
D
вх
Re
0
=
, коэфф -
Число ейнольдса на входе воздухозаборник -
ν
68.5 0.11
˜
˜
↓
ˆ
ℑ
ℑ
⊄
⊇
+
Δ
=
D
вх
0.25
циент трения -
λ
. Шероховатость стен воздухоочистит
-
0
Re
0
ля взята для вентиляционных труб
Δ
=
0.15
мм
.
Сопротивление трения воздухозаборника -
ρ
λ
D
вх
2
2
0
U l
β
α
˙
˚
˘
⊆
∈
∪
˜
−
ˆ
ℑ
⊄⊇
+
9 3
Δ
=
1
p
. (14)
1 0
exp
9 3
β
α
+
4
↓
46
Здесь,
ln( / )
α
=
D
вх
D
вых
,
ln( / ).
β
=
U
1
U
0
Продольная скорость кольцевом канале равна
G V
−
=
π
. (15)
2
( )
2
1
2
r r
Падение давления при переходе потока из воздухозаборника коакс - ную
трубу:
(1 )
2 2
2
p
ρ
ξ
ρ
U V
+
−
Δ
=
. (16)
1
2
Начальная угловая
скорость потока -
2 2
U
ω
=
k
.
1
0
r
2
Эффективный диаметр кольцевого канала –
2( )
2 1
D r r
эф
=
−
.
2
0.25 ( )
Re
D V r r
эф
+
+
=
,
ω
2
2
0
Число Рейнольдса кольцевом
канале -
ν
2 1
68.5 0.11
˜
˜
↓
ˆ
ℑ
ℑ
⊄
⊇
+
Δ
=
D
эф
0.25
оэффициент трения –
λ
.
0
Re
Падение давления коаксиальном канале:
4
λω
ξ
ξ
−
+
=
V
L
K
,
11
2 ( )
4
0
ξ
2
Δ
=
+
+
−
ξ
ξ
ρ
ρω
λ
K
V
L
2
2
3
˜
˜
↓
ˆ
r
ℑ
ℑ
⊄
⊇
+
1
(1 ) 1
2
p
(17)
0
.
(1 ( ))
2
2 4
2
D
Падение давления при повороте потока отводную трубу:
ρ
ξ
+
−
Δ
=
(18)
p
ρω
2 2
2
2
V r
1
.
2
4
2
ξ
4
ω
0
1
2
ω
+
K
=
Угловая скорость отводной трубе -
.
1 ( )
1
ξ
G
V
π
=
.
Продольная скорость потока отводной трубе –
2
1
r
1
2
2
ω
2
1
Re
r V
+
r
=
, 2 0.25
1 1
1
Число Рейнольдса отводной трубе -
ν
1
1
˜
˜
↓
ˆ
ℑ
ℑ
⊄
⊇
+
0.25
λ
Δ
=
r
68.5
коэффициент трения –
.
Re
0.11
2
1 1
Падение давления отводной трубе:
47
λω
L
K
1
=
,
2
1 1
V
1
ℑ
ℑ
⊄
⊇
Δ
=
+
−
˜
˜
↓
ˆ
(19)
2
2
2
p
ρ
ρω
λ
V L
r
.
1
1
1
1
1
5 1
4 4
r K
2
1
1
Полное сопротивление воздухоочистителя, равно сумме падения да -
ления во всех участках устройства
Δ
p
=
Δ
p
1
+
Δ
p
2
+
Δ
p
3
+
Δ
p
4
+
Δ
p
5
. (20)
параграфе 4.2 проводится сравнение результатов расчетов по выв -
денным формулам опытными данными. Опыты расчеты проведены для возд
хоочистителя, который разработан внедрен для шахтного погрузчика LK 07.
зультаты расчетов (сплошная линия) опытные данные (кружки)
приведены на рис. 9. Как видно из рисунка, совпадение расчетной кривой
опытными данными вполне удовлетворительное.
параграфе 4.3 выведена расчетная формула эффективности первой
ступени очистки (эффективность сбора пыли внешнего бункера). Для этого
получен коэффициент пылеулавливания для данной фракции пылевой част -
цы
˙
˚
˘
⊆
∈
∪
˜
˜
↓
ˆ
ℑ
ℑ
⊄
⊇
+
− −
−
=
9 ( ) (1 ( ))
( ) 1 exp
1
1
( )
2
0
2
δ
ρ
ω
ξ
C
m
L
.
(21)
ξ
η
δ
V K
2
ξ
ρν
ξ
приведенном выражении
ξ
- отношение диаметров труб,
C
m
- коэффиц ент
Кеннингема,
δ
- диаметр пылевой част цы,
ρ
- плотность материала пыли,
ω
0
- угловая скорость потока начале коаксиального канала, L – длина коа -
сиального канала,
V
(
ξ
)
- продольная скорость потока коаксиальном кан ле,
ρ
- плотность воздуха,
ν
- молекулярная вязкость воздуха,
K
(
ξ
)
- коэфф -
циент, который представлен выше, при расчете сопротивления коаксиальн - го
канала. Если известен дисперсный состав пыли, именно левая часть по массе
i
ε
частиц размером
i
δ
, то суммарная эффективность пылеуловителя первой
ступ ни очистки составит
N
=
ℜ
, (22)
η
ε
η
δ
( )
i
=
1
где
N
- личество
фракций.
i i
48
, Па
G,
/
Рис. 9. Сравнение расчетных результатов сопротивления пылеуловителя
опытн ми данными
параграфе 4.4, дается методика численного расчета эффективности второй
ступени очистки. Методика заключается том, что производится ра - чет
траектории пылевой частицы на основе уравнений гидродинамики (4) стат
стическим путем производится расчет улавливаемых частиц:
DV
πμδ
∉
=
− ™™™™
⊂
=
−
+
zp
3
( ),
m V V
p z zp
Dt C
m
2
DV m V
πμδ
3
( ) ,
rp p p
ϕ
m V V
p r rp
Dt C r
™™™
=
− ™
©
m
(23)
DV
ϕ
p
πμδ
3
( ).
m V V
p p
Dt C
ϕ
ϕ
m
Здесь V
r
, V
z
, V – скорости несущего потока; m
p
- масса, V
zp
, V
rp
, V
ϕ
p
- скор -
сти,
δ
- диаметр частиц;
D
Dt
- субстанциональная производная,
m
- коэфф -
циент Кеннингема.
параграфе 4.5 найдено оптимальное соотношение диаметров труб
пылеуловителя. При оптимальном соотношении диаметро труб, достигается
максимальная эффективность первой ступени очистки, это приводит ма -
симальной эффективности пылеуловителя целом. На рис.10 иллюстриров - на
зависимость минимального калибра ( мкм) улавливаемой частицы от -
ношения диаметров труб пылеуловителя. Из этого графика видно, что анал -
49
зируемая функция имеет четкий минимум для
ξ
♠
0.66
. Следовательно, ма -
симальная эффективность первой ступени очистки пылеуловителя, достиг -
ется при да ном соотношении диаметров. Данное оптимальное соотношение
диаметров кольцевого канала пылеуловителя было найдено результате
многочисленных лабораторных исследов ний.
δ
(
ξ
)
4.5 4
3.5 3
2.5
0.2 0.4 0.6 0.8 1
ξ
Рис.10. Минимальный калибр улавливаемой частицы зависимости от отношения
диаметров труб пылеуловителя.
Таблица 1
Дисперсный состав портландцемента 400.
Диапазон калибра, мкм Средний калибр, мкм
Выход фракций, %
0…10
5
12,0
10…20
15
36,2
20…30
25
19,39
30…40
35
17.2
40…50
45
12.8
50…60
55
0,3
60…70
65
1,2
70…80
75
0,8
80…90
85
0,3
90…100
95
1.2
50
параграфе 4.6 описывается методика проведения опытных замеров
эффективности пылеуловителей воздухоочистителей. этом параграфе
проводится сравнение полученных формул для эффективности пылеуловит -
ля опытными замерами для пыли портландцемент марки 400. Дисперсный
состав портландцемента 400 приведен таблице 1.
На рис. 11 показана зависимость полной эффективности воздухооч -
стителя для ДВС LK 07 от производительности воздуха для цементной пыли.
, %
G, /
Рис. 11. Зависимость эффективности во духоочистителя от производительности.
На этом же рисунке кружками нанесены опытные замеры. Как видно,
совпадение расчетных кривых экспериментальными данными очень хор - шее.
Данное обстоятельство свидетельствует об адекватности расчетных формул.
Полученные результаты диссертации позволили создать высокоэ -
фективных центробежных пылеуловителей воздухоочистителей. Вновь -
зданные устройства не только уступают зарубежным аналогам, но прево -
ходят их по многим параметрам. Внедренные различные объекты респу - лики
промышленные шнековые пылеуловители воздухоочистители для двигателей
внутреннего сгорания транспортных средств успешно эксплуа - руются.
51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На основе проведённых исследований по докторской диссертации на
тему «разработка высокоэффективных центробежных пылеуловителей на -
нове аэродинамических процессов» представлены следующие выв ды:
1. На основе численного исследования динамики потока внутри це -
тробежного пылеуловителя выявлено, что вихри возникающие внутри
устройства, являются главными факторами снижении эффективности -
леуловителя.
2. Впервые анализ на основе теории устойчивости потока позволил
определить эффективность закручивающих устройств воздуха пылеуловит -
ля. Эти исследования будут полезны при проектировании высокоэффекти -
ных центр бежных пылеуловителей.
3. Исследования по уменьшению интенсивности вихрей привели -
зданию устройства «стабилизатор», который позволил увеличить эффекти -
ность пылеуловителя до 20%.
4. Исследования динамики массопереноса турбулентного двухфазн - го
потока позволили определить коэффициенты вязкости диффузии. - следов ния
этой области нужны для определения необходимых размеров элементов для
первой ступени очистки пылеуловителя.
5. Разработаны методы определения эффективности аэродинамич -
ского сопротивления центробежного пылеуловителя. Эти методы необход -
мы при проектировании центробежных пылеуловителей воздухоочистит - лей.
6. Разработан метод оптимизации размеров деталей пылеуловителя.
Проведенные исследования этой области позволили разработать компак - ных,
высокоэффективных меющих минимальное аэродинамическое - противление
промышленного пылеуловителя воздухоочистителя для дв - гателя транспор
ных средств.
52
ONE TIME SCIENTIFIC COUNCIL ON THE BASE OF SCIENTIFIC
COUNCIL ON AWARD OF SCIENTIFIC DEGREE OF DOCTOR OF
SCIENCES 16.07.2013.T/FM.02.02 AT TASHKENT STATE TECHNICAL
UNIVERSITY AND NATIONAL UNIVERSITY OF UZBEKISTAN
SCIENTIFIC RESEARCH CENTRE FOR SECTORIAL MACHINES
SCIENCE AT THE TASHKENT STATE TECHNICAL UNIVERSITY
MALIKOV ZAFAR MAMATKULOVICH
DEVELOPMENT OF HIGH-PERFORMANCE
CENTRIFUGAL DUST CATCHERS ON THE BASIS OF
AERODYNAMIC PROCESSES
01.02.05 – Mechanics of fluid and gas (technical sciences)
ABSTRACT OF DOCTORAL DISSERTATION
TASHKENT – 2016
53
54
INTRODUCTION (annotation of doctorial dissertation)
The urgency and relevance of the theme of the dissertation.
Rapid devel
opment of the industry in the world along with the growth of goods production has
led to an increase in negative impact of production on environment. This, in its
turn, sets the new tasks for researchers, including reduction of industrial wastes,
reduction of amount of the toxic gases released into the atmosphere. For the last
fifty years emissions of carbon compounds into the atmosphere are 9 times greater.
As a result of it environment is polluted and there is a global environmental prob
lem.
When solving these problems, preventing environmental disasters and the
processes of global warming of climate, the reduction of the impact of industrial
emissions into environment becomes very important. Applying in practice of dust
cleansing facilities and dust catchers for purification of gas pollutions in environ
ment is an actual task. Dust catchers are necessary not only for purification of in
dustrial gases, but also for ensuring the operation of internal combustion engines in
an optimum rhythm. All transport vehicles, used in mining, are operated in the
conditions of high dust content. In such conditions, abrasive particles of dust, get
ting into the working camera of the engine, cause wear of its surfaces and lead to
the reduction of engine capacity, and to an increase in fuel consumption and lubri
cants.
After achieving independence in our country a great attention was paid on
localization processes in many fields of industry, including the improvement and
development of dust catchers in accordance to climatic conditions of the republic.
More than 80% of the dust catchers, used in the industry, are the dust catchers
working on centrifugal force. Therefore, carrying out researches on improvement
and development of new designs of highly effective dust catchers has a great scien
tific and practical value.
This dissertation research serves as an accomplishment of the problems pro vided in
the Resolutions of Cabinet of Ministers of the Republic of Uzbekistan No. 232-1 on
April 26, 1996 "On approval of the regulations of the Committee on envi ronmental
protection" and RP-142 on May 27, 2013 "On action program on envi ronmental
protection of the Republic of Uzbekistan for the years 2013-2017".
Compliance of research with priority directions for science and technol
ogy development of the country
. This study was performed in the compliance
with priority direction II of science and technology of the republic: "Energy, ener
gy-saving and resource-saving”.
A review of international research on the subject of dissertation
1
.The
scientific researches directed to studying of aerodynamic processes of a multiphase
flow in dust catchers are carried out in many leading scientific centers of the world,
including NASA, Glenn research center, Boeing Scientific Research Laboratories,
Massachusetts Institute of Technology, Stanford university (USA), Cambridge
university (UK), Hettingen laboratory (Germany), Air Systems Research Center
55
(Japan), Aerodynamics Research and Development Centre (China), Moscow State
University (Russia) and Tashkent State Technical University.
As a result of research all over the world on studying the processes occurring
inside the dust catchers, a number of scientific results are received, including: vari
ous finite-differential methods and finite-element methods are developed for the
numerical solution of the equations for multiphase flows (Stanford university, Boe
ing Scientific Research Laboratories, Cambridge university, Massachusetts insti tute
of technology, USA); aerodynamic effects for multiphase flows are obtained
(Cambridge university, UK); the mathematical model of dynamics of a free turbu
lent flow in flowing the obstacles is received (Hettingen laboratory, Germany); de
signs of highly effective vortex dust catchers are built (The Air Systems Research
Centre, Japan) are developed; the mechanism of separation of polluted dust parti
cles is developed (China Aerodynamics Research and Development Centre, Chi na),
the design of a cascade multistage dust catcher for purification of gases from
metallurgical furnaces is developed (Moscow State University).
Researches on a number of priority directions are conducted all over the
world on improvement of designs of dust catchers; they include: mathematical
modelling of turbulent multiphase flows; development of effective algorithms for
the numerical solution of these models; improvement of designs of dust catchers on
the basis of the processes of laws of aerodynamics.
Scientific study of the issue.
Pioneer works on research of aerodynamics of
multiphase medium have been carried out as early as XIX century. However by the
XX century, practical value of multiphase flows has medium has gained a consid
erable development. In 1967 A.Fortie has developed the theory of migration for a
multiphase turbulent flow. This theory has gained its further development in the
works of European and American scientists (Friedlander, Johnstone, Owen, Davis,
Bill, Zemel and others). A serious contribution to the development in this area was
made by Uzbek scientist, professor of Moscow University H.A.Rakhmatulin. He is
a founder of the theory of interpenetrating motions in multiphase flows. H.A.
Rakhmatulin was the first who has derived the system of equations for compressed
multiphase medium; he has analyzed the fundamental laws of wave propagation,
and has developed the bases of the theory of boundary layer in two-phase mixture.
H.A Rakhmatulin's theory has found a wide application in hydraulic engineering, in
chemical technology, in nuclear power industry.
_____________________________
1
The
extent
of
knowledge
of
the
problem
http:/www.nasa.gov/centre/glenn/home/index.html;
http://universal_ru_en.academic.ru/66921/; Wildes, Karl L.; Lindgren, Nilo A. (2005). A Century of Electrical Engineering and
Computer Science at MIT, 2006-2009. Cambridge, Mass.: MIT Press. ISBN 9780262231190; Stuart W. Leslie: The Cold War
and American Science: The Military-Industrial-Academic Complex at MIT and Stanford. Columbia University Press, New York
[u. a.] 1993, ISBN 0-231-07958-3; http://www.mod.go.jp/trdi/en/research/kenkyu_koukuu_en.hyml; University of Cambridge
(ed.). "The Revived University of the Nineteenth and Twentieth Centuries" Retrieved 7 August 2014;
http://www.utias.utoronto.ca; http://www.cards.cn:88; http://universal_ru_en.academic.ru/240165; История Московского
университета. . 1—2. ., 1955; На рубеже двух столетий/ . . Бюшгенс, . . Бедржицкий. . : ЦАГИ, 2008. 480 . —
ISBN 5-02-007017-3; Фортье . Механика суспензий // .: Мир, 1971; Рахматуллин . . Основы газовой динамики
взаимопроникающих движений сплошных сред // ПММ, 1956, .20; Нигматулин . . Динамика многофазных сред
//Москва, Наука, 1987; Faizullaev D.F. Laminar motion of multiphase media in conduits.//Consultants bureau, New York, 196.
56
To name another scientist, who has made an essential contribution to the de
velopment of the theory of multiphase flow we should mention academician R. I.
Nigmatullin. Under supervision of H.A.Rakhmatullin, R.I.Nigmatullin has consid
ered the mathematical models of particles interaction and has completed the system
of equations of multiphase mixture. An essential contribution to the development of
laminar currents of multiphase continua in Uzbekistan the was made by profes sor
Zh.F. Fayzullayev.
Despite serious achievements of researches in the field of multiphase flows,
there are a lot of unresolved problems. For example, the strict mathematical equa
tions for a turbulent flow of multiphase continua are not derived yet. The existing
mathematical models have mainly an empirical character and not always adequate
ly describe the arising phenomena in turbulent multiphase continua. It can be ob
served especially in twirled flows inside centrifugal dust catchers.
Connection of the dissertation theme with the plans of scientific re
searches
. Dissertation research is executed within the plan of research works of
fundamental projects of Scientific research center on sectorial machines science at
Tashkent state technical university F.13-12 on the subject "Processes of Heat
Transfer and Concentration of Weighed Particles in a Turbulent Jet Flow" (2012-
2014), and economic contracts No. 02-1541 ЮР. "Development and trial testing of
a vortex dust catcher in zinc plant JSC AMMC" (2010-2011), No. 02-2180 ЮР.
"Upgrade and implementation of the inertial filter for the underground motor
transport working in the conditions of high dust content" (2011-2012), No. 02- 2092
ЮР. "Development of highly effective air cleaner for engines of heavy-load rock
dump trucks" (2012-2013), No. 14/2012 "Implementation of the inertial air cleaner
for engines of NMMC vehicles" (2012-2013), No. 02-1466 ЮР. "Industri al testing
with development of a set of design documentation and implementation of the
inertial air cleaner for internal combustion engines of heavy-load cars"
(2013-2014).
The aim of the research
is a development of industrial highly effective cen
trifugal dust catchers, and air cleaners for engines of vehicles and special equip
ment on the basis of the theory of aerodynamics of multiphase continua.
Research
problems
:
mathematical modelling of dynamics of flow in a centrifugal dust catcher on
the basis of the equations of hydrodynamics;
development of a numerical method of calculation of the equations of hy
drodynamics;
on the basis of numerical experiment, the search of optimum parameters and
elements of the centrifugal dust catcher providing a continuous flow; increasing the
efficiency of the devices of gas flow swirling;
modelling of processes in aerosols flow on the basis of kinetics; development
of methods of determination of resistance and efficiency of centrifugal dust catcher;
development of an optimization method of geometrical parameters of a dust
catcher;
57
on the basis of research results the development of modernized, highly ef
fective centrifugal dust catcher.
The objects of the research
are dust catcher devices used in the industry,
and air cleaners for internal combustion engines.
The subject of the research
is the design, technical and economic charac
teristics of industrial centrifugal dust catchers and air cleaners for internal combus
tion engines.
Research methods
. In the dissertation the methods of numerical research of
one and two-phase medium, methods of analytical analysis of derived equations are
applied, laboratory testing of the received results is conducted.
Scientific novelty of
the research consists in
:
the new design of a screw dust catcher is developed;
the new design of the air cleaner working on a basis of centrifugal force for
engines is developed;
the method of determination of aerodynamic parameters of a flow inside a
dust catcher is improved;
the mathematical model of processes of mass and heat transfer in aerosol
flow on the basis of the kinetic theory is improved;
the methods of determination of efficiency and aerodynamic resistance of a
dust catcher are improved;
the method of determination of optimum parameters of a dust catcher is de
veloped.
Practical results of the dissertation.
Industrial screw dust catchers and air cleaners working on a basis of centrif
ugal force for internal combustion engines are developed.
Reliability of obtained results
is proved by correct mathematical statement
of the problems of hydrodynamics, by the use in numerical solution of the equa
tions of proved methods and known algorithms to build a design program, and by a
comparison of theoretical and numerical results with experimental data.
Theoretical and practical importance of the research results.
The
scientific importance of results of research is determined in their appli cation in case
of mathematical modelling of multiphase continua and the numerical solution of
constructed equations.
The practical importance of work serves for the development of highly ef
fective industrial dust catcher and air cleaners for
internal combustion engines.
Implementation of the research results
. On the basis of results of research of
aerodynamic processes in industrial dust catchers and air cleaner: screw dust
catchers are implemented at "Limy plant" of Almalyk mining and metallurgical
combine joint-stock company (the certificate on November 18, 2015 of Almalyk
mining and metallurgical combine joint-stock company No. FM-7222). Efficiency
of the implemented dust catchers was 15-16% higher, than at serial dust catchers
and has allowed to catch additionally about 210-243 tons of dust per year; air
cleaners for internal combustion engines are implemented in mine ma chines in
Angren mine administration of Almalyk mining and metallurgical com-
58
bine joint-stock company, on the dump trucks BelAZ and diesel locomotives of the
State Entity of the Navoiy mining and metallurgical combine (the certificate on
November 18, 2015 of the AGMK joint-stock company No. FM-7222). The im
plemented air cleaners have allowed 2 times increase of engines’ life.
Approbation
of research results
. Results of research have passed an ap probation at 4
international and republican scientific and technical conferences, in cluding:
"Proceedings of XVIII Scientific readings on astronautics devoted to reminiscence
of outstanding scientists-pioneers of development of a space" (Mos cow, 1994);
"Geo-technology: innovative methods of subsurface use in the 21st century"
(Moscow, 2007); "Modern equipment and technology of a mining and metallurgical
industry and way of their development" (Navoi, 2008); "Energy sav ing, energy
efficiency and renewable energy resources" (Tashkent 2015).
Publication of
research results
. 29 scientific works are published, includ ing 14scientific articles
(4 in foreign editions), 1 patent for the invention on the topic of dissertation.
Structure and scope of dissertation
. The dissertation consists of the intro
duction, four chapters, conclusion, the list of references of 149 titles and an appen
dixes; it contains 184 pages of typewritten text, including 65 figures, 3 tables.
59
MAIN CONTENT OF DISSERTATION
In the introduction
the urgency and relevance of the work are substantiat ed,
the purpose and tasks, and also object, a subject and methods of research are
formulated, compliance of researches to the priority directions of development of
science and technologies of the Republic of Uzbekistan is given, scientific novelty
and practical results of research are stated, reliability of the received results is
proved, reveal the theoretical and practical importance of the received results, re
sults of introduction of dissertation work are given to practice, data on approba tions
and the published works, structure and volume of the thesis.
In the first chapter of the thesis
"review of industrial dust catchers and air
cleaners for internal combustion engine"
characteristics of all types of industrial
dust catchers and air cleaners are given, used for air cleaning in internal combus
tion engine technology. Their strong points and shortcomings are considered in de
tails. Substantiation for the development of inertial centrifugal dust catchers and air
cleaners, which can be used in almost all industrial processes, is given.
Principal scheme of the centrifugal dust catcher is illustrated in Figure 1. The
principle of operation of centrifugal dust catcher consists in: dusty air flow in air
inlet acquires rotational velocity and enters into circular channel - between the
casing and the pipe for withdrawal of clean air. Solid particles due to centrifugal
force are pressed to the div of the dust catcher, further moving along the inner
cone surface, then enter the bunker, and the air, cleaned from the particles, flows
into outlet pipe.
Fig. 1. Principal scheme of centrifugal dust catcher
1 - a window to feed dusty air into dust catcher, 2 - air inlet for swirling air flow, 3 - the case of
the dust catcher, 4 - pipe for withdrawal of cleaned air, 5 - separated dust, 6 – cone section of
dust catcher, 7 - a pipe to damp air flow velocity, 8 - a bunker for collected dust.
60
E
xisting centrifugal dust catchers of mass production, have productivity no
more than 75%. Therefore, in this chapter problems whose solutions lead to the
development of high-performance centrifugal industrial dust catchers and air
cleaners for different vehicles are formulated. To achieve this goal, it is necessary
first to start exploring the aerodynamics of the air flow inside the centrifugal dust
catcher. There for in the second chapter
"aerodynamic processes occurring in
side the centrifugal dust catcher"
, based on the system of Euler equations, the
characteristics of flow in different parts of centrifugal dust catcher are studied. In
Section 2.1, a numerical study of the system of Euler equations in the conical part
of the dust catcher is carried out (Figure 2). For stationary solution of the system of
equations, we have used the method of establishing. The essence of this method lies
in the fact that non-stationary problem is solved and at high values of time its
solution tends to the solution of stationary problem.
Fig 2. Vertical section of centrifugal dust catcher
Stream flow region has axial symmetry, so the system of equations is studied
in cylindrical coordinates (
z
,
r
,
ϕ
).The system of the equations of aerodynamics in
cylindrical coordinates has an appearance:
™™™
™
⊂∉
υ
υ
∂
0, ( ) ( )
r
+
∂
r
=
∂
∂
z
z r
r
∂
υ
z
∂
+
υ
υ
z
∂
+
υ
υ
z
+
0, 1
=
∂∂
p
∂
z
r
ρ
t z r
™™™
™
©
∂
∂
z
(1)
∂
υ
∂
υ
∂
υ
υ
2
=
∂
∂ −
+
0. 1
+
∂
r
υ
r
z
+
υ
r
r
ϕ
ρ
p
t z r r
∂
∂
r
61
For numerical research of this system of the equations, introduced the pa rameters
of flow function -
ψ
, vortex of flow -
ζ
, flow circulation - . These pa rameters with
components of flow velocity are related as follows:
ψ
υ
ψ
υ
∂
=
∂
∂
=
−
,
1
, 1
r z
r z r r
∂
υ
υ
ζ
=
∂
∂ −
∂
∂
=
υ
ϕ
(2)
r z
z r
, .
r
After substitution of new variables, the system of equations of aerodynamics
will be
™™™
™
⊂∉
∂
ζ
∂
υ
ζ
∂
υ
ζ
∂
2
+
+
=
,
r z
∂ ∂ ∂ ∂
3
t r z z r
∂
υ
∂
υ
∂
∂
+
+
=
r z
0,
∂
∂
™™™
™
©
t r z
(3)
2
∂
ψ
2
∂
ψ
∂
ψ
. 1
ζ
∂
+
−
=
−
r
2
∂ ∂
2
z r r r
Further, conversion of variables is made for convenience of setting of
boundary conditions:
r
=
z
=
=
−
, ( ) .
( ) ,
ξ
η
R z R
2
ztg
α
R z
As a result of transformations, the system of Euler equations is reduced to:
ζ
υ
ζ
η
α
υ
ζ
υ
ζ
∂
+
∂
+
tg
∂
+
1
=
∂∂
z r r
∂
t
ξ
ξ
η
ξ
η
∂
R R
ℑ
ℑ
⊄⊇
( )
+
˜
˜
↓
ˆ
∂
( )
ℑ
ℑ
⊄⊇
˜
˜
↓
ˆ
2 3
( )
∂
=
ξ
η
α
2 3
ξ
R tg
( )
∂
R
ξ
η
3
ξ
η
η
3
∂
∂
∂
ℑ
ℑ
⊄
⊇
R
η
α
( )
υ
∂
∂
υ
υ
0,
( ) ( )
=
˜
˜
↓
ˆ
tg
+
+
+
r
z z
(4)
∂
t
2
∂
ξ
ξ
R R
2
ξ
∂
η
2
2
ψ
η
α
ψ
∂
˙
˚
˘
⊆
∈∪
∂
2
∂
+
2
tg
1
+
+
2
η
α
tg
2
ψ
2
+
ξ
ξ
ξ
η
ξ
ξ
η
∂
R R
( )
∂ ∂
( ) ( )
R
∂
=
−
∂
∂
˙
˚
˘
⊆
∈∪
2
η
α
tg
+
−
ψ
( ) , 1
η
ξ
ζ
2
R
2
ξ
η
( )
∂
ψ
η
α
R
∂
ψ
∂
ψ
R
r
−
z
=
−
=
1 ,
( ) ( )
1
tg
υ
R R
υ
.
( )
η
ξ
∂
ξ
2 2
∂
η
ξ
∂
η
η
ξ
Boundary conditions for this system are determined on the section
ξ
=0
(Fig.1), which is positioned on some distance from the cone end.
62
) The range
R
R
1
2
≤
η
≤
1 corresponds to co-axial channel from which swirl
ing flow enters. The following conditions are stated for entering flow:
2
2
2
ωη
ζ
υ
υ
η
ψ
(5)
=
=
=
=
−
=
R
z
V
r
V R R
( )
2
2
2
2
, , 0, , 0
1
2
Here
V
,
ω
– are longitudinal and angular flow velocities, respectively.
Numerous tests have shown
ω
=
const
.
b) Condition 0
<
η
<
R
1
R
2
tions are stated here :
corresponds to flow outlet. Extrapolation
condi
2
2
2
∂
ζ
. (6)
∂
∂
ψ
2
∂
ξ
=
=
=
∂
ξ
0, 0, 0
2 2
∂
ξ
These conditions are standard devices in numeric realization of hydro
dynamic equations in the outlet.
ξ
=
1
corresponds to the section located far from
the cone end. Conditions in this section are as follows:
c) for 0
<
η<
1:
; ; .
ψ
=
ψ
2
=
2
ζ
=
ζ
2
Here the index 2 refers to ex ternal
pipe and the cone.
For numerical solution of the equation of transfer of flow circulation of the
system (1) McCormack’s finite-difference scheme is used, which, being a two step
scheme, has an accuracy of second-order
( , , )
2 2 2
O
Δ
t
Δ
ξ
Δ
η
. For numeric
solution of the equation of flow function an iterative method of upper relaxation
towards
η
and runs along
ξ
i.
are used. As an initial condition for considered
non-stationary problem the solution of stationary potential flow is used.
Figure 3 shows the flow lines, obtained by numerical solution of the problem.
Fig.3.Flow lines inside the dust catcher
63
As can be seen from the figure the zone of backflow is formed. This vortex is
due to flow separation. However, in numeric experiment the range of cone angle
was found, at which the intensity of reverse flow is reduced considerably. Numeric
experiments show that this happens when
0 0
8
≤
α
≤
13
.
The resulting vortex negatively affects the efficiency of equipment, as dust
particles pressed to the wall, are thrown back. As a result, dust particles enter into
the inlet of withdrawal pipe, instead of moving along the cone wall into the bunker,
which lies at the end of the cone. The experiments showed that the choice of the
optimum angle of the cone can increase the efficiency of centrifugal dust catcher
from 40% to 75%. The reason of reverse flow, from the point of physics, is the
source of the vortex in the right side of the first equation of the system (1). In Sec
tion 2.2 it is theoretically shown that it is possible to minimize this source, if to use
screw conveyor channel as a swirling element of air. As a result, a screw-conveyor
dust catcher is designed (Figure 4).
Fig. 4. Principal scheme of screw-conveyor dust catcher
1- withdrawal pipe for cleaned gas, 2 - air intake, 3 – screw-conveyor to swirl the flow, 4 - cone
of separation zone, 5 – a bunker for collected dust, 6 - gas flow 7 – flow direction of cleaned gas.
Designed screw-conveyor dust catchers with productivity of 0.9 m
3
/s each
(32 in number) are set in lime plant of AGMK and have demonstrated the efficien
cy of 85%. At the same time performance indicator of serial cyclones CN-15 is
69%, with similar air-dynamic resistance.
64
Despite the advantage of dust collecting by screw-conveyor dust catchers
when compared with centrifugal inertial cyclones, they still have a number of
drawbacks. The first drawback - it is complicated in manufacturing, the second – it
is still not efficient enough, and the third - it cannot be used for the dust, which has
strong adhesion to the surfaces as there is a high probability of clogging of the
screw conveyor channel with dust. The latter drawback of dust catcher greatly re
duces its range of application. This drawback has pushed the researchers to devel op
a good design of a dust catcher with minimal probability of dust adhesion. In this
regard, the structure of cyclone seems an attractive one. The main problem is to
find a solution for the problem - to minimize the reverse vortex. In Section 3.2
another way to solve this problem is described. Simple and very effective solution
proved to be a simple branch pipe that is inserted into the inlet pipe to withdraw
cleaned air (Figure 5).
Fig.5. Centrifugal dust catcher with stabilizer
The effect of this branch pipe consists in the fact that it re-distributes the in
coming air flow into withdrawal pipe. As a result, this reduces the possibility of
flow separation, i.e. the flow is stabilized. Therefore, this element is called a stabi
lizer. In this section, a numerical study of aerodynamic flow inside the dust catcher
with this element is carried out; and it is shown that the stabilizer does reduce the
intensity of the reverse vortex.
Stabilization of the flow and consequently the efficiency of centrifugal dust
catcher is strongly influenced by the design of air intake. It is the swirl element of
dust catcher. Therefore, in the fourth paragraph of the second chapter, the analysis
of all known types of air intakes is performed. To twist the incoming air flow to
65
dust catcher a number of principles of gas feeding is used: a) spiral, b) tangential c)
screw-like, 4) outlet with gas return, 5) direct-flow outlet (Figure 6). In this section
we give a mathematical proof of the advantages of spiral in take compared with
others. Therefore, this type of air intake further was used to create a highly efficient
dust collectors and air cleaners. As a result, the efficiency of the laboratory
centrifugal dust catcher was increased up to 96%. In order to in crease the efficiency
of dust catcher an extensive literature and patent analysis of inertial dust catchers
and air cleaners was conducted in recent years. The use of different elements and
devices described, did not lead to the desired result. This shows that a further
increase in efficiency due to air flow stabilization only does not seem possible.
Therefore there is a need to study the transport processes of dust particles,
considered in the third chapter of the thesis
Fig. 6. Types of gas feeding into centrifugal dust catchers
In the third chapter
"dynamics of dust particles and aerosols in the cen
trifugal dust catcher"
the dynamics of dust particles and aerosols in the centrifu
gal dust catcher is considered.
Section 3.1 deals with the properties and characteristics of turbulent flow. It is
shown that centrifugal flow inside the dust box is turbulent. However, this turbu
lence is manifested in the boundary layer, where dust particles are accumulated.
Therefore, for the mathematical modeling of multiphase jet inside dust catcher it is
proposed to divide the flow domain into two zones: the main one and close-to-wall
one. In the main area, far from the wall, the turbulence has a small-scale character.
Therefore, in this zone for the mathematical description of air flow Euler equation
can be used. A motion of bearing flow and particles in close-to-wall zone is chaotic
in nature; consequently diffusive transfer of substances prevails in this zone.
Section 3.2 presents an analysis of all the forces acting on the dust particles
in the main zone of flow. Their assessment is conducted and it is shown that the
main forces are centrifugal and hydrodynamic ones; other forces can be neglected.
66
It often happens that, along with solid dust particles it is necessary to collect
aerosol droplets as well. Aerosols can appear due to condensation of industrial gas
es emitted to the atmosphere. Apart from the natural condensation of gases aero sols
may appear in wet-inertial dust catcher, as in such dust catchers dusty flow is
wetted with water. Therefore, in Section 3.3 the dynamics and heat mass transfer of
small aerosols are examined in the approximation of free-molecular flow by gas
stream. Calculation formulas which can be used for design of various dust catchers
are obtained
In Section 3.4 the process of transfer of solid phase in close-to-wall zone is
examined. As mentioned above, transfer process in this zone is of diffuse nature.
Therefore, to determine the diffusion coefficient the problem - the dynamics of
two-phase turbulent submerged jet and transfer processes - was analytically solved.
To solve the problem, hydrodynamic equations for two-phase jet in spherical coor
dinates
r
,
θ
were considered:
(sin ) 0,
sin
1
( ) 1
2
2
=
∂∂
∂
θ
θ
θ
θ
V
r V
r r
r
∂
+
r
ρ
ρ
p
θ
p p p
∂
∂
=
∂∂
ρ
ℑ
ℑ
⊄
⊇
∂∂
ρ
θ
ℑ
ℑ
⊄
⊇
∂∂
2
˜
˜
↓
ˆ
+
˜
˜
↓
ˆ
V
V
1 1
∂
2
r
D
+
θ
Dr
sin ,
sin
2
∂
r
r r r
∂
r r
θ
θ
∂
θ
2
=
+
−
∂∂
(sin ) 0,
sin
1
( ) 1
2
∂
r
θθ
ϕϕ
θ
θ
θ
θ
(7)
+
r r
rr r
∂
r r
θ
2
=
−
+
ctg
(sin ) 0.
sin
1
( ) 1
2
∂
r
+
∂
θ
r
θ
ϕϕ
r r
θ
θθ
r
θ
θ
∂
r
∂
r
In the system (7) tensors of flow impulses are:
ρ
∂ −
∂
∂
=
+
+
−
+
V
p V
p
ρ
ρ
ν
ρ
ρ
( ) 2 ( ) 2 ,
2
r
r
DV
rr p r t p
∂
r
r
ρ
∂
˜
−
∂
=
+
+
−
+
r
p
2 ,
1
( ) 2 ( )
2
V V
ˆ
ℑ
⊄
⊇
+
V
D
θ
ρ
ρ
ν
ρ
ρ
θ
θ
p V
θθ
θ
∂
p t p
r
θ
r
∂
r
↓
V
V ctg
θ
2 ( )
˜
,
↓
ˆ
ℑ
⊄
⊇
=
−
+
+
r
ν
ρ
ρ
θ
p
r
ϕϕ
(8
)
t p
r
ρ
∂
˜
−
ρ
ℑ
ℑ
⊄
⊇
∂∂
.
1 ( ) ( )
˜
˜
↓
ˆ
ˆ
ℑ
⊄
⊇ −
∂∂
V V V
∂
=
+
−
+
r
V
D
V V
r r
p p
θ
ρ
ρ
ν
ρ
ρ
θ
+
r p r t p
θ
θ
+
V
θ
θ
r
∂
r
r
↓
r
∂
θ
Here
p
,
ρ
,
ρ
p
,
V
r
,
V
θ
,
ν
t
,
D
are the pressure, density of the gas medium, the
density of the solid phase, the two components of the velocity, the kinematic vis
cosity and the diffusion coefficient of the multiphase turbulent flow, respectively.
67
In the thesis auto-model solutions of the first two approximations for the system of
equations (7) were obtained. It was proved that the obtained solutions exist when
coefficients of viscosity and diffusion of two-phase flow have the form:
ν
=
ν
=
− −
ν
,
D
0 0
t
2
1
Sc
ρ
ℑ
ℑ
⊄⊇
−
−
Sc
Sc
2 1
1
ρ
˜
˜
↓
ˆ
(9)
p
p
2
ρ
2
Sc
ρ
In these expressions, Sc – is a Schmidt number,
ν
0
- kinematic turbulent viscosity
of the pure gas flow. The resulting solution generalizes the known solutions for
pure gas by L.D. Landau and Yu.B. Rumer. For most of the dust particles it can be
assumed that Sc = 1. Formula (3) is used to calculate the diffusion transfer of dust
particles in close-to-wall region. As a result, the percentage of dust
η
is deter
mined depending on the distance -
Δ
:
0
/
1
ν
η
−
Δ
=
−
u
e
(10)
Here
u
-
is a radial velocity which dust particles gain due to centrifugal force. It is
shown that for dust catcher with a withdrawal pipe of the radius
1
R
=
5
см
and the
div of the radius of the
2
R
=
10
см
, about 87% of dust parti cles with a diameter of
5mcm will be contained in the layer of
Δ
♠
2
sm
thickness. It can be seen that the
dust layer takes quite a lot of space. The appearance of this layer adversely affects
the efficiency of the dust catcher, because dust particle are sucked into the
withdrawal pipe from the upper region of the layer. Therefore, re duction or
elimination of the dust layer is another way to increase the efficiency of dust
catcher device. This issue has been successfully solved in proposed dust catcher.
The dust catcher is illustrated in Figure 7. The principle of this device con sists in
the fact that the flow of cleaning air in spiral air intake 1 acquires rotary motion,
and as a result of the centrifugal force dust particles are pressed to the case 3, then,
after coagulation they become larger and form a dust layer; then by mo mentum
they fall into the space between the 3, 10, 11, 6 and 5. This space forms a bunker
for particles of large and medium sizes. Mainly large and medium-sized dust
particles fall into this bunker. Smaller ones go into cone part of air cleaner 5. There
the stream before entering the bunker for fine particles strikes the reflector,
whereby air flows into the outlet pipe, and dust particles fall into inner bunker.
High efficiency of dust collection of this unit is achieved due to the fact that
in a bunker for large and medium particles about 90% of the dust is accumulated,
so in cone section the thickness of dust layer is substantially reduced compared to
the case with no external bunker. A decrease in the thickness of dust layer in the
cone leads to a reduction of dust particles withdrawal into outlet pipe. As a result of
this phenomenon, the effectiveness of laboratory air cleaner has increased from
96% up to 99%.
The fourth chapter -
"Method of calculation of aerodynamic resistance,
optimal parameters and efficiency of air cleaner"
of the thesis - is devoted to
68
the study of aerodynamic resistance, efficiency and optimization of the parameters
of centrifugal dust catchers.
Fig. 7. Principal scheme of proposed dust catcher
1- pipe to withdraw cleaned air, 2 - spiral air intake, 3 – div, 4 – branch pipe to stabilize the
flow of air, 5 - cone to collect fine particles, 6 - the case of the bunker for fine particles, 7 - ex
panding cone, 8 - reflector 9 - a fixing bolt, 10 - cone to collect large particles, 11 – bunker cov
er, 12 - trajectory of the flow
In Section 4.1, to calculate the aerodynamic resistance of dust catcher, stream flow
region is divided into 5 zones (Fig. 8): 1 - the zone of spiral inlet, 2 - the zone where
the flow acquires rotational motion and translational velocity di rected downwards,
3 – zone of coaxial channel, 4 – the zone where the flow is re versed and flows into
outlet pipe, 5 – the zone of stream flow in outlet pipe. Full aerodynamic resistance
of air cleaner is the sum of pressure losses in these zones. To calculate the
aerodynamic resistance (total pressure drop) of dust catcher for a given productivity
-
G
(l/s) the following calculation formulas are derived:
/ , 2 ( ), 2 ( )
ξ
=
r
1
r
2
D
вх
=
a
0
b
0
a
0
+
b
0
D
вых
=
ab a
+
b
(11) Flow
velocity on the entrance into air inlet is
G U
=
(12)
0
2
a b
0 0
69
Fig. 8. Vertical section of centrifugal dust catcher
Flow velocity on withdrawal from air inlet is
G U
2
1
=
(13)
ab
U
0
D
вх
Re
0
=
, friction co
Reynolds’ number on the entrance into air inlet -
ν
68.5
0.11
0.25
0
˜
˜
↓
ˆ
ℑ
ℑ
⊄
⊇
+
Δ
=
D
вх
λ
Roughness of air cleaner walls for ventilation
efficient -
.
Re
0
pipes is taken as equal to
Δ
=
0.15
mm
.
Frictional resistance of air inlet is
ρ
λ
D
вх
2
2
0
β
α
˙
˚
˘
⊆
∈
∪
˜
−
U l
ˆ
ℑ
⊄⊇
+
9
3
Δ
=
1
p
. (14)
1 0
exp
9 3
β
α
+
4
↓
Here,
ln( / )
α
=
D
вх
D
вых
,
ln( / ).
β
=
U
1
U
0
Longitudinal velocity in circular channel equals to
G V
−
=
π
. (15)
2
( )
2
1
2
r r
Pressure drop at flow transportation from air inlet into co-axial pipe is:
(1 )
2 2
2
p
ρ
ξ
ρ
U V
+
−
Δ
=
. (16)
1
2
2 2
U
ω
=
k
.
Initial angular
velocity of flow -
1
0
r
2
Effective diameter of circular channel –
2( )
2 1
D r r
эф
=
−
.
70
2
0.25 ( )
Re
D V r r
эф
+
+
=
.
ω
2
2
0
Reynolds’ number in circular
channel –
ν
2 1
68.5 0.11
˜
˜
↓
ˆ
ℑ
ℑ
⊄
⊇
+
Δ
=
D
эф
0.25
Friction coefficient –
λ
.
0
Re
4
λω
ξ
ξ
−
+
=
V
L
K
Pressure drop in co-axial channel:
,
11 2 ( )
4
0
ξ
2
Δ
=
+
+
−
ξ
ξ
ρ
ρω
λ
K
V
L
2
2
3
˜
˜
↓
ˆ
r
ℑ
ℑ
⊄
⊇
+
1
(1 ) 1
2
p
(17)
0
.
(1 ( ))
2
2 4
2
D
Pressure drop at flow turn into withdrawal pipe:
ρ
ξ
+
−
Δ
=
(18)
p
ρω
2 2
2
2
V r
1
.
2
4
2
ξ
4
1
2
ω
0
ω
+
K
=
Angular velocity in withdrawal pipe –
.
1 ( )
1
ξ
G
V
π
=
.
Longitudinal velocity of the flow in withdrawal pipe –
2
1
r
1
2
2
ω
2
1
Re
r V
+
r
=
, 2 0.25
1 1
1
Reynolds’ number in withdrawal pipe –
ν
1
1
˜
˜
↓
ˆ
ℑ
ℑ
⊄
⊇
+
0.25
λ
Δ
=
r
68.5
Friction coefficient –
.
Re
0.11
2
1 1
Pressure drop in withdrawal
pipe:
λω
L
K
1
=
,
2
1 1
V
1
ℑ
ℑ
⊄
⊇
Δ
=
+
−
˜
˜
↓
ˆ
(19)
2
2
2
p
ρ
ρω
λ
V L
r
.
1
1
1
1
1
5 1
4 4
r K
2
1
1
Total resistance of air cleaner is the sum of pressure drop in all sections of
the device
Δ
p
=
Δ
p
1
+
Δ
p
2
+
Δ
p
3
+
Δ
p
4
+
Δ
p
5
. (20)
In Section 4.2 comparison of results of calculations by formulas derived with
experimental data is carried out. Experiments and calculations are performed for an
air cleaner that is designed and implemented to mine loader LK 07. The re sults of
calculations (solid line) and experimental data (circles) are shown in figure 9. As
seen from the figure, the agreement of theoretical curve with the experi mental data
is quite satisfactory.
In Section 4.3 design formula of efficiency of the first stage of cleaning is
derived (dust collection efficiency of external bunker). Coefficient of dust collec
tion is obtained for this fraction of dust particle
71
˙
˚
˘
⊆
∈
∪
˜
˜
↓
ˆ
ℑ
ℑ
⊄
⊇
+
− −
−
=
9 ( ) (1 ( ))
( ) 1 exp
1
1
( )
2
0
2
δ
ρ
ω
ξ
C
m
L
.
(21)
ξ
η
δ
V K
2
ξ
ρν
ξ
, Pa
G, l/s
Fig.9. Comparison of design results of resistance of dust catcher with tests data
In this expression
ξ
- is the ratio of pipe diameters,
C
m
- Kenninghem’s fac
tor,
δ
- the diameter of dust particle,
ρ
- the density of dust material,
ω
0
- the an
gular velocity of flow at the beginning of coaxial channel, L – the length of coaxial
channel,
V
(
ξ
)
- longitudinal velocity of the flow in the coaxial channel,
ρ
- air
density,
ν
- molecular viscosity of air,
K
(
ξ
)
- ratio, which is mentioned above, in
calculating the resistance of coaxial channel. With known dispersed composition of
dust, namely share part by weight
i
ε
of the particles of
i
δ
size, the total efficiency
of the dust catcher of the first stage of cleaning is:
N
=
ℜ
, (22)
η
ε
η
δ
( )
i
=
1
here
N
- is a number
of fractions.
i i
In Section 4.4 the method of numerical calculation of the efficiency of the
second stage of cleaning is given. The method consists in the fact that the calculat
ed trajectories of dust particles are conducted on the basis of hydrodynamic equa
tions (4) and calculation of collected particles is done by statistics:
72
DV
πμδ
∉
=
− ™™™™
⊂
=
−
+
zp
3
( ),
m V V
p z zp
Dt C
m
2
DV m V
πμδ
3
( ) ,
rp p p
ϕ
m V V
™™™
=
− ™
©
(23)
p r rp
Dt C r
m
DV
ϕ
p
πμδ
3
( ).
m V V
p p
Dt C
ϕ
ϕ
m
Here V
r
, V
z
, V - are velocities of moving flow; m
p
- mass, V
zp
, V
rp
, V
ϕ
p
- veloci ties,
δ
- particle diameter;
D
Dt
- substantial derivative,
m
- Kenninghem’s coeffi cient. In
Section 4.5 an optimum correlation between pipe diameters of dust catch er is
found. At optimal correlation of pipe diameters, maximum efficiency of the first
stage of cleaning is reached, which leads to maximum efficiency of dust
catcher as a whole.
Figure 10 shows the dependence of the minimum size of collected particles
on the ratio of dust catcher pipe diameters. From this graph it is clear that the ana
lyzed function has a precise minimum for
ξ
♠
0.66
. Therefore, the maximum ef
ficiency of the first step of cleaning of dust catcher is achieved at this ratio of di
ameters. The same optimum ratio of diameters of the annular channel and the dust
catcher has been found in numerous laboratory studies.
δ
(
ξ
)
4.5 4
3.5 3
2.5
0.2 0.4 0.6 0.8 1
ξ
Fig.10. Minimal size of collected particle depending on diameter ratio of dust catcher pipes
73
In Section 4.6 the methodology of experimental measurements of effective
ness of dust catchers and air cleaners is described. In this section the comparison of
obtained formulas for the efficiency of dust collector with experimental measure
ments for dust of Portland cement 400 was carried out. Dispersed composition of
Portland cement 400 is shown in Table 1.
Table 1
Dispersed composition of Portland cement 400.
Size range, mcm
Medium size, mcm
Outlet of fraction, %
0…10
5
12,0
10…20
15
36,2
20…30
25
19,39
30…40
35
17.2
40…50
45
12.8
50…60
55
0,3
60…70
65
1,2
70…80
75
0,8
80…90
85
0,3
90…100
95
1.2
Fig. 11 shows the dependence of total efficiency of air cleaner for ICE LK 07
on productivity of air for cement dust. The same figure shows tests measure ments
plotted in circles. As can be seen, the agreement between the calculated curves and
experimental data is very good. This fact testifies to the adequacy of design
formula.
, %
G, l/s
Fig. 11. Dependence of total efficiency of air-cleaner on productivity
74
The results obtained in the thesis allow to create high-performance centrifu gal dust
catchers and air cleaners. The newly created devices are not only similar to foreign
analogues, but exceed them in many ways. Dust catchers and air cleaners are
introduced into various enterprises and successfully operate in the Republic.
CONCLUSION
On the basis of the conducted researches on the doctoral dissertation on the
subject "development of highly effective centrifugal dust arresters on a basis of
aerodynamic processes" the following conclusions are provided:
1. On the basis of numerical research of dynamics of a flow in a centrifugal
dust catcher it is revealed that the whirlwinds arising in the device are the main
factors in decrease in efficiency of a dust catcher.
2. For the first time the analysis on the basis of the theory of stability of a
flow has allowed to determine efficiency of the twisting dust arrester air devices.
These researches will be useful when designing highly effective centrifugal dust
arresters.
3. Researches on reduction of intensity of whirlwinds have led to creation of
the stabilizer device which has allowed to increase efficiency of a dust arrester to
20%.
4. Researches of dynamics and a mass transfer of a turbulent two-phase flow
have allowed to determine coefficients of viscosity and diffusion. Researches in
this area are necessary for determination of the necessary sizes of elements for the
first step of cleaning of a dust arrester.
5. Methods of determination of efficiency and aerodynamic resistance of a
centrifugal dust arrester are developed. These methods are necessary when design
ing centrifugal dust arresters and air cleaners.
6. The optimization method of the sizes of details of a dust arrester is devel
oped. The conducted researches in this area have allowed to develop the compact,
highly effective and having minimum aerodynamic resistance of an industrial dust
arrester and the air cleaner for the engine of vehicles.
75
НАШР ЭТИЛГАН ИШЛАР ЙХАТИ -
СПИСОК ОПУБЛИКОВА НЫХ РАБОТ -
LIST OF PUBLISHED WORKS
I бўлим (I часть; I part)
1. Маликов . ., . . Хужаев, . . Орзикулов. Гидродинамическое
взаимодействие двух сфер при вращении их вокруг общей оси при малых
числах Рейнольдса. // Журнал «Проблемы механики», Ташкент, 1994, 3-4. –
.21-24. (05.00.00; 6).
2. Маликов . ., Умаров . ., Тиллабоев . . Двумерное стациона - ное
движение жидкости пузырьками газа плоской трубе учетом архим - довой
силы. // Журнал «Проблемы еханики», 1999, Ташкент, 1. – .25-30. (05.00.00; 6).
3. Маликов . ., Ризаев . . Промышленное внедрение нового пыл -
уловителя. //Москва, Горный журнал, 2009, спец. выпуск АГМК-60 лет. –
.108-109. (05.00.00; 28).
4. Маликов . ., Ризаев . Испытание внедрение нового пылеул - вителя
промышленности. // Ташкент, Журнал «Горный вестник Узбекист - на», 2010,
40. – .65-67. (05.00.00; 7).
5. Маликов . ., Нуритдинов . . Исследование турбулентной струи
затопленном пространстве. // Журнал «Проблемы механики», Ташкент, 2010,
4, – .23-25. (05.00.00; 6).
6. Маликов . ., Ризаев . . др. Аэродинамический расчет геоме - рических
размеров криволинейного участка трубопровода. // Журнал «Пр - блемы
механики», Ташкент, 2010, 4, – .29-31. (05.00.00; 6).
7. Маликов . ., Нуритдинов . ., Ризаев . . Методика расчета -
фективности центробежных пылеуловителей. Доклады АН РУз., 2012, 2. –
.32-34. (05.00.00; 9).
8. Маликов . ., Стасенко . . Асимптотика затопленной струи процессы
переноса ней. // Москва, Журнал «Труды МФТИ, Том 5, 2, 2013 . – .59-68.
(05.00.00. 85).
9. Маликов . ., Ризаев . . др. Квазиодномерная модель течения
взаимопроникающих сред путевым изменением массового расхода фазы. //
Журнал «Доклады АН РУз», 2014, 1. – . 36-38. (05.00.00; 9).
10. Маликов . ., Ризаев . ., . . Йўлдошев. Разработка мокро инерционного
пылеуловителя испытания лабораторной установки промышленных условиях.
// Вестник ТГТУ, 2015, 2. – .132-137. (05.00.00; 16).
11. Маликов . ., Ризаев . ., Йулдошев . ., Ражабов . ., Нури - динов . .
Предварительный воздухоочиститель для двигателей внутреннего сгорания
автомашин. // Журнал «Горный вестник Узбекистана», 2015, 4. (05.00.00; 7).
76
12. Маликов . ., Ризаев . ., Йулдошев . . Разработка мокро инерционного
пылеуловителя испытания лабораторной установки пр - мышленных
условиях. //Журнал вестник ТГТУ, 2015, 2, – 132-137. (05.00.00; 16).
13. Маликов . . Математическое моделирование численный ра - чет
потока винтовом канале. //Журнал «Проблемы механики», 2015 ., 3- 4,
.96-100. (05.00.00; 6).
14. Патент IAP 04154 от 28.04.2010. Маликов . ., Ризаев . . др.
Центробежный пылеуловитель.
II бўлим (II часть; II part)
15. Маликов . ., Стасенко . . Нестационарная парокапельная струя
разреженном пространстве. //Ученые записки ЦАГИ, 1993, Том XXIV, 3. –
.121-132.
16. Маликов . ., Стасенко . . Механика оптика полидисперсной струи
вращающимися частицами. //Ученые записки ЦАГИ, 1996, Том XXVII, 1-2. –
.117-124.
17. Маликов . ., Хужаев . . Математическая численная модели
воздушного потока дольками хлопка-сырца криволинейной части труб -
провода хлопкоуборочной машины. // Ташкент, Вопросы вычислительной
прикладной математики. 2012 ., вып. 127. – . 131-135.
18. Маликов . ., Стасенко . ., Шуинов . . Газодинамические оптические
характеристики нерасчетных двухфазных трехмерных струй вращающимися
жидкими частицами. // кн.: Прикладные вопросы аэрод - намики. Сб. научн.
Трудов. Киев: Наукова думка 1987, – C.28-31.
19. Маликов . ., Карпов . ., Сергеева . ., Стасенко . . Управл - ние
нестационарными двухфазными струями при помощи магнитного поля. // кн.
«Теория конструкция двигателей летательных аппаратов». Труды XVIII
Научных чтений по космонавтике, посвященных памяти выдающихся
ученых-пионеров освоения космического пространства. Москва, 24-28 янв -
ря 1994 . – .64-65.
20. Маликов . ., Стасенко . ., Чеховский . . Высокоскоростные
полидисперсные парокапельные потоки учетом объемной неизотермичн - сти,
испарения, отвердевания вращения капель частиц. // Тезисы докл - дов вос
мой всесоюзной конференции «Двухфазный поток энергетических шинах
аппаратах», 1990, Том 3. – .380-381.
21. Маликов . ., Коган . . Влияние полетов самолетов на перенос
вредных веществ атмосфере. // Препринт ЦАГИ, 1991 .
22. Маликов . ., Стасенко . . Полидисперсное течение трансзв - ковой
части сопла струе произвольной нерасчетности учетом фазовых - реходов
лучистого энергопереноса. // Тезисы докладов 15 Всесоюзного - минара по
газовым струям. Ленинград, из-во ЛМИ, 1990. – . 77-78.
77
23. Маликов . . Трансзвуковое течение полидисперсной струи. // - зисы
докладов 6-международной школы-семинара, . Самарканд, 1992 . – . 67-68.
24. Маликов . ., Ризаев . . др. Центробежный пылеуловитель для очистки
промышленных
выбросных
газов.
// Материалы республиканской
научно-технической конференции ISTIQLOL «Геолотехнология: инновац -
онные методы недропользования ХХI веке». Москва-Наваи. 25-27 се тября
2007 . – .333-334.
25. Маликов . ., Абдурахманов . . др. Опытно-промышленное испытание
нового пылеуловителя ЦП-1. // Ер усти транспорти тизимлари - аммоларига ба
ишланган илмий-техник конференцияси. 29-31 май 2008 .
26. Маликов . ., Ризаев . . др. Внедрение центробежного пыл - уловителя
на известковом заводе ОАО АГМК. // Материалы конференци «Совр менная
техника технология горно-металлургической отрасли пути их разв тия».
.Навоий, 29-30 сентября 2008 .
27. Маликов . ., Йулдашев . ., Ризаев . . Пылеулавливатель - вого
поколения. // Каталог II республиканской ярмарки инновационных иде , техн
логий проектов. – Ташкент 2009.
28. Маликов . ., Нуритдинов . . Высокоэффективные ентро бежные
пылеуловители. //Тезисы докладов ВСФПТПМ, 24-30 августа 2011, Нижний
Новгород, Россия.
29. Ризаев . ., Маликов . ., Йулдашев . ., Исроилов . . Энерго
ресурсосберегающий фильтр для двигателей внутреннего сгорания авт -
машин. // VIII Международная научно-техническая конференция, 19-21 - ября
2015 ., . - 235.
78
