بررسی تاثیر ایجاد تیغه‌های مارپیچ در لوله خروجی هوای سیکلون بر عملکرد آن

مقدمه: مطالعات نظری و تجربی زیادی در خصوص ارتقاء عملکرد سیکلون ها انجام شده است. به‌طورکلی پارامترهای هندسی سیکلون در تعیین عملکرد آن نقش اساسی را بر عهده دارند. لوله خروجی هوا به‌عنوان یکی از اجزاء سخت‌افزاری سیکلون، تاثیر قابل‌ملاحظه‌ای در الگوی جریان داخلی سیکلون، افت فشار و حتی بازده غبارگیری دارد.روش کار: مطالعه حاضر بر روی یک سیکلون مدل استیرمند بازده بالا انجام شد. دو مدل از لوله خروجی هوای سیکلون به‌گونه‌ای طراحی و ساخته شد که بتوان آن را به‌راحتی از سیکلون جدا و مجدد به آن اضافه نمود. درون جداره داخلی لوله هوای خروجی تیغه‌های مارپیچ (هم جهت و خلاف جهت با جریان هوا) تعبیه شد. فاصله طول گام در تیغه‌ها معادل 1.5 محاسبه شد. دستگاه مولد غبار، ذرات سیلیس را با غلظت حدود 2.1gr/m^3 به درون هوای ورودی تزریق می‌نمود. از دستگاه شمارنده ذرات برای اندازه‌گیری غلظت ذرات استفاده شد و با استفاده از یک مانومتر، افت فشار سیکلون قرائت شد. نتایج بازده غبارگیری سیکلون برای سه گروه ذرات کل، pm10 و pm2.5 در حالات مختلف محاسبه و مورد مقایسه قرار گرفت. یافته ها: تعبیه تیغه‌های مارپیچی هم‌راستا با جهت جریان هوای چرخشی داخل سیکلون باعث افزایش 7.75، 7.33 و 6.75 درصدی در بازده کل،pm10 و pm2.5 شد. نتیجه بازده جمع‌آوری در حالتی که جهت مارپیچ تیغه‌ها در خلاف جهت چرخش هوای خروجی بود به ترتیب افزایش 2.6 و 2.33 و 1.5 درصد را نشان داد. اثر تیغه‌های مارپیچ بر افت فشار در حالت اول (هم‌جهت) سبب کاهش افت فشار (%2.5 ) و در حالت دوم (خلاف جهت) سبب افزایش افت فشار گردید (%2.03 +). بهترین فاکتور کیفیت نیز مربوط به سیکلون با تیغۀ هم‌راستا با جریان بود.نتیجه گیری: استفاده از تیغه‌های مارپیچ در دیواره داخلی لوله خروجی سیکلون بخصوص در حالتی که هم‌راستا با جهت چرخش جریان هوا باشد با افزایش بازده غبارگیری و کاهش افت فشار در مجموع منجر به بهبود عملکرد و کیفیت سیکلون می‌شود و در حالتی که تیغه‌های مارپیچ هم‌جهت با جریان هستند سبب کاهش افت فشار در سیکلون می‌شود.

Investigation of the effects of using ribs on cyclone’s vortex finder on its performance

Introduction: Generally, geometrical parameters of the cyclone have a profound effect on determining its performance. The air outlet (Vortex Finder) as one of the cyclone rsquo;s components has a significant impact on the cyclone rsquo;s internal flow pattern, pressure drop and even dust removal efficiency.Material and Methods: Two different air outlets were designed in order to be easily installed and removed. The ribs (both in the opposite and the same swirl direction with the air flow) were inserted at the inner wall of the vortex finder. The step length of the blades was calculated to be 1.5. The dust feeder was injected the silica particles with a concentration about of 2.1 gr/m3 into the inlet air. The results of dust removal efficiency of the cyclone were calculated and compared for three groups of total dust, PM10 and PM2.5 in different experimental conditions.Results: Installation of spiral blades in same swirl direction as the air flow inside the cyclone increased 7.75, 7.73 and 6.75 percent in total efficiency, PM10 and PM2.5, respectively. The dust removal efficiencies for total dust, PM10 and PM2.5 increased by 2.6%, 2.33% and 1.5%, respectively, when the swirl direction of ribs and air flow was the opposite. The effect of helical blades on pressure drop for the first experimental setup (same direction) decreased by ( 2.5%) and in the second one (opposite direction) increased by (+ 2.03%). The best quality factor was also calculated for the cyclone with the blade aligned with the air flow direction.Conclusion: Use of ribs in the inner wall of the cyclone vortex finder, especially when the rotation direction of the ribs and airflow are the same, leads to a decrease in pressure drop and increase in dust collection efficiency which finally leads to improvement of cyclone performance.