Analysis of numerical modelling of turbulence in a multichannel cyclone

• Autorzy: Vaitiekunas P. , Jakstoniene I. , Serebryanskyy D.

Warianty tytułu

PL

Analiza numerycznego modelowania turbulencji w cyklonie wielokanałowym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper aims to analyse the problem of numerical modelling of the airflow in a multichannel cyclone (three rings) with tangential inlet. A review of experimental and theoretical papers describing cyclones with very complex swirling flow is performed. Three-dimensional transport differential equations for incompressible turbulent flow inside a cyclone are solved numerically using finite volume-based turbulence models, namely the Standard k-e model and the RNG k-e model. The paper describes the numerical modelling of the airflow in the multichannel cyclone 0.72 m high, 0.50 m in diameter, the height of cylindrical part - 0.29 m, height of conical part - 0.43 m, inlet area - 0.29×0.034 m2. Multifunction meter Testo 400 for measuring of the airflow velocity inside a multichannel cyclone and at the inlet and outlet holes was used for the experimental studies of a cyclone. Mathematical model of airflow in the cyclone consisted of Navie-Stokes (Reynolds) three-dimensional differential equation system. Results of modeling obtained from the numerical tests when inlet velocity ranged from 6.27 m/s to 10.78 m/s and the flow rate from 0.111 m3/s to 0.190 m3/s have demonstrated a reasonable agreement with other available experimental and theoretical results. The average relative error was š4.3%.

PL

Dokonano analizy numerycznego modelowania przepływów powietrza w wielokanałowym odśrodkowym cyklonie (trójpierścieniowym) ze stycznym wlotem. Dokonano przeglądu prac eksperymentalnych i teoretycznych na temat badania cyklonów z bardzo skomplikowanym turbulentnym przepływem. Trójwymiarowy turbulentny przepływ nieściśliwego płynu wewnątrz cyklonu analizowano metodą numeryczną - równaniem różniczkowym opartym na modelach turbulencji: modelu standardowym k-e i modelu RNG k-e. Przedstawiono wyniki modelowania numerycznego przepływu powietrza w cyklonie wielokanałowym, którego wysokość wynosi 0,72 m, średnica - 0,50 m, wysokość części cylindrycznej - 0,29 m, wysokość części stożkowej - 0,43 m, obszar wlotu - 0,29×0,34 m2. Do badań eksperymentalnych użyto wielofunkcyjnego przyrządu pomiarowego Testo 400, przeznaczonego do pomiaru prędkości przepływu powietrza wewnątrz cyklonu wielokanałowego w otworze wlotowym i wylotowym. Obliczenia wykonano na podstawie trójwymiarowego układu równań różniczkowych przepływu powietrza w cyklonie opartego na równaniu Naviera-Stokesa (Reynoldsa). Wyniki modelowania dla prędkości wlotowej 6,27-10,78 m/s i przepływu odpowiednio 0,111-0,190 m3 były zgodne z wynikami dostępnych badań eksperymentalnych i teoretycznych. Średni względny błąd wyniósł š4,3%.

Słowa kluczowe

EN

modelling; turbulence; cyclone

PL

cyklon; turbulencja; modelowanie

• Wydawca: Komitet Inżynierii Chemicznej i Procesowej Polskiej Akademii Nauk
• Czasopismo: Chemical and Process Engineering
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 31, z. 4
• Strony: 635--645
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Vaitiekunas P.

autor

Jakstoniene I.

autor

Serebryanskyy D.

• Vilnius Gediminas Technical University, Department of Environmental Protection, Vilnius, Lithuania,

Bibliografia

• [1] ZHOU L.X., SOO S.L., Powder Techn., 1990, 63, 45.
• [2] HU L.Y., ZHOU L.X., ZHANG J., SHI M.X., AIChE J., 2005, 51, 740.
• [3] GUJUN W., GUOGANG S., XIAOHU X.,MINGXIAN S., Powder Techn., 2008, 183, 94.
• [4] BOYSAN F., AYERS W.H., SWITHENBANK J.A., A fundamental mathematical modelling approach to cyclone design, Inst. Chemical Engineers, 1982, 60, 222.
• [5] BERNARDO S.,MORI M., PERES A.P., DIONISIO R.P., Powder Techn., 2006, 162, 190.
• [6] JAKŠTONIENĖ I., VAITIEKŪNAS P., Env. Prot. Eng., 2009, 1, 51.
• [7] HASHREMI S.B., Chem. Eng. Technol, 2006, 29, 1444.
• [8] BALAN S.А., BUROV А.I., BUROV А.А., SERYBRYANSKYY D.О., Apparatus with closed outlines, Coll. of Scientific papers Ecology and Human Health. protection of Water and Air Basins. Utilization of Wastes, Energostal, Kharkov, 2002, 320.
• [9] SERYBRYANSKYY D.О., NOVAKOVSKIJ Е.V., Ind. Heat Eng., 2009, 3.
• [10] BALTRĖNAS P.,MORKŪNIENĖ J., VAITIEKŪNAS P., J. Env. Eng. Land. Man., 2008, 16, 15.
• [11] GIMBUN J., CHUAH T.G., FAKHRUL-RAZI A., CHOONG T.S.Y., Chem. Eng. Prog., 2005, 44, 7.
• [12] HOFFMANN A.C., STEIN L.E., Gas Cyclone and Swirl Tubes-Principles. Design and Operation, Springer-Verlag, Berlin, 2002.
• [13] MEIER M.,MORI M., Powder Techn., 1999, 101, 108.
• [14] WANG B., XU D.L., CHU K.W., YU A.B., Appl. Math. Model., 2006, 30, 1326.
• [15] SOMMERFELD M., HO C.H., Powder Techn., 2003, 131, 1.
• [16] KAVALIAUSKAS A., VAITIEKŪNAS P., Energetika, 2001, 3, 38.
• [17] SERYBRYANSKYY D.О. Pat. Ukr. No. 75157, 15.02.2007.
• [18] VAITIEKŪNAS P., Numerical modelling of convective transfer, Kaunas, Lthuanian Energy Institute. 1998, 261.
• [19] YAKHOT V., ORSZAG S.A., J. Sci. Comput., 1986, 1, 1.
• [20] SPALDING D.B., PHOENICS 3.5 VR CFD codes. 2002. Available from internet: <http://cham.co.uk/>.
• [21] PATANKAR S.V., Numerical Heat Transfer and Fluid Flow. Hemisphere, McGraw-Hill, New York. 1980, 176.
• [22] YOUNGMIN JO., CHI YIEN.,MADHUMITA B.RAY., Powder Techn., 1999, 113, 97.
• [23] KAYA F., KARAGOZ I., Current Sci., 2008, 94, 1273.
• [24] PATTERSON P.A.,MUNZ, R.J., Can. J. Chem. Eng., 1996, 74, 213.
• [25] CRISTEA E.D.,MALFA E., COGHE A., 3-D numerical simulation and measurement of strongly swirling heavy dust-laden flow inside a cyclone separator, [In:] Prep. 3rd International Symposium on Engineering Turbulence Modeling and Measurements, 1996.
• [26] HOEKSTRA A.J., DERKSEN J.J. VAN DEN AKKER, H.E.A., Chem. Eng. Sci., 1999, 54, 2055.
• [27] INGHAM D.B.,MA L., Int. J. Energy Res., 2002, 26, 633.
• [28] GONG A.L.,WANG L.Z., Aero. Technol., 2004, 38, 506.