بهبود راندمان یک سیکلون گازی در شرایط کاری دما-بالا با استفاده از هندسه مناسب گرداب یاب

زمینه و هدف: سیکلون ها به طور گسترده در کنترل آلودگی هوا وظیفه جداسازی مخلوط گاز ذره را به عهده دارند و در صنعت مورد استفاده قرار می گیرند. از مزایای این دستگاه در صنایع مختلف سادگی نسبی ساخت آن، هزینه عملیاتی پایین و سازگاری با شرایط دشوار صنعتی می باشد. امروزه جداسازهای سیکلونی به یکی از مهمترین دستگاه های حذف ذرات در زمینه های علمی و مهندسی تبدیل شده است. با توجه به کاربرد وسیع سیکلون ها در فرایند های صنعتی به ویژه نیروگاه های حرارتی، بررسی عملکرد سیکلون ها در درجه حرارت های بالا از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد. در این مطالعه شبیه سازی جریان دوفازی درون سیکلون با استفاده از دیدگاه اویلری-لاگرانژی به صورت سه بعدی انجام خواهد گرفت تا در محدوده وسیع دمایی عملکرد سیکلون مورد بررسی دقیق قرار بگیرد و در نهایت مشکل افت عملکرد آن با استفاده از طراحی مناسب هندسه گرداب یاب به طور قابل ملاحظه ای حل خواهد شد. روش بررسی : در این مطالعه، تاثیر دمای ورودی بر میدان جریان و عملکرد جداسازی یک سیکلون به طور جامع با استفاده از شبیه سازی cfd مورد بررسی قرار گرفته است. رویکرد اویلر-لاگرانژی برای شبیه سازی جریان هوا و دینامیک ذرات در سیکلون استفاده شده است. علاوه بر این، در این مطالعه چهار هندسه گرداب یاب پیشنهادی مورد استفاده قرار گرفته و به منظور ارزیابی چگونگی تاثیر گرداب یاب بر عملکرد سیکلون تحت یک طیف وسیعی از دما (293 k-700 k) با هندسه پایه مقایسه گردیده است. اعتبار مدل عددی با مقایسه افت فشار پیش بینی شده با داده های تجربی مرجع و نتایج عددی مرجع که در آن تطابق خوبی وجود داشته، تایید گردیده است. یافته ها: نتایج نشان داده است که افزایش دمای ورودی به میزان قابل توجهی سرعت مماسی را کاهش داده و منجر به کاهش شدید راندمان جداسازی سیکلون شده است. تمامی گرداب یاب های ارائه شده بر الگوی جریان درون سیکلون در همه دماهای ورودی تاثیر گذاشته اند. نتایج شبیه سازی نشان داده است که بالاترین سرعت مماسی مشاهده شده در سیکلون با cvf 1 بوده که همچنین بر راندمان جداسازی مربوطه تاثیر مثبتی گذاشته است. همچنین، ثابت شده است که سیکلون پیشنهادی با cvf 1 قادر به جمع آوری ذرات ریزتر (2 میکرومتر) در دمای ورودی بالا (t = 700 k) بوده است. بحث و نتیجه گیری: در مطالعه حاضر ضمن بررسی عملکرد سیکلون با استفاده از دیدگاه اویلری-لاگرانژی به صورت سه بعدی در یک محدوده دمایی وسیع، راهکاری مناسب جهت بهبود راندمان و حل مشکل افت راندمان در دماهای بالا ارائه شده است. با تغییر مناسب ابعاد و هندسه گرداب یاب، می توان جریان در فضای پیش جدایش را به خوبی کنترل کرد تا راندمان جداسازی ذرات را بهبود بخشید.

improving efficiency of a gas cyclone in high-temperature operating conditions by using appropriate geometry of vortex finder

background and objective: cyclones are widely used in air pollution control to separate particulate gas mixtures and are used in industry. the advantages of this device in different industries are its relative simplicity of construction, low operating cost and reliable under extreme working conditions. today, cyclone separators have become one of the most important particle removal devices in the fields of science and engineering. due to the wide application of cyclones in industrial processes, especially thermal power plants, the study of the performance of cyclones at high temperatures is of particular importance. in the present study, two-phase flow simulation within a cyclone will be performed in three different dimensions using the eulerian-lagrangian approach in order to study the cyclone performance in a wide range of temperatures, and finally the problem of its lower performance will be substantially resolved by using appropriate geometry of vortex finder. material and methodology: in this study, the effect of inlet temperature on the flow field and the separation performance of a cyclone has been comprehensively investigated using cfd simulation. the euler-lagrangian approach has been used to simulate airflow and particle dynamics in cyclones. in addition, four proposed vortex finder geometries were considered and compared with the basic geometry in order to evaluate how the vortex finder affects the cyclone performance under a wide temperature range (293 k-700 k). the validity of the numerical model is confirmed by comparing the predicted pressure drop with the experimental data and numerical results in which there is a good agreement was achieved. findings: the results demonstrated that increasing of inlet temperature significantly reduced the tangential velocity and led to a sharp decrease in the cyclone separation efficiency. all of the proposed vortex finders affected the flow pattern within the cyclone at all inlet temperatures. the simulation results showed that the highest tangential velocity observed in the cyclone was with cvf 1, which also had a positive effect on the relevant separation efficiency. also, it is proved that the proposed cyclone with cvf 1 was able to collect finer particles (2 μm) at high inlet temperature (t = 700 k). discussion and conclusion: in the present study, while examining the performance of cyclone using the eulerian-lagrangian approach in three dimensions over a wide temperature range, a suitable solution to improve efficiency and solve the problem of efficiency drop at high temperatures was presented. by properly changing the dimensions and geometry of the vortex finder, the flow in the pre-separation zone can be well controlled to improve particle separation efficiency.