Моделювання процесів інерційно-фільтруючої сепарації газорідинних сумішей

Abstract

Метою цієї роботи є моделювання процесів інерційно-фільтруючої сепарації газорідинних сумішей, удосконалення існуючих методів розрахунку гідродинамічних характеристик та геометричних показників інерційнофільтруючих сепараторів, видача рекомендацій з інженерного проектування інерційно-фільтруючих сепараторів-конденсаторів для очищення газорідинних сумішей. Дисертаційна робота присвячена моделюванню процесів, що відбуваються під час інерційно- фільтруючої сепарації газорідинних сумішей, а також ефективності розділення таких систем. Проведено математичне моделювання гідродинаміки руху газового та рідинного потоків криволінійними каналами сепаратора, а також взаємодії цих потоків в процесі сепарації. Також встановлено основні залежності, що описують супутній теплообмін при інерційно-фільтруючій сепарації з конденсацією. Проведені математичні розрахунки підтверджуються результатами експериментальних досліджень, тобто розроблена математична модель може бути адекватно застосована для розрахунку процесів інерційно-фільтруючої сепарації. Основні наукові результати дисертаційної роботи впроваджено в виробництво.

Целью данной работы является моделирование процессов инерционнофильтрующей сепарации газожидкостных смесей, совершенствование существующих методов расчета гидродинамических характеристик и геометрических показателей инерционно-фильтрующих сепараторов, выдача рекомендаций к инженерному проектированию инерционно-фильтрующих сепараторов-конденсаторов для очистки газожидкостных смесей. Несмотря на технический прогресс, химическая и смежные отрасли промышленности достаточно инертно реагируют на изменения и остаются неконкурентоспособными. Предприятия этих отраслей являются производствами со сложными технологическими линиями и комплексами, в обслуживании которых используются теплообменные, механические или химические процессы, сопровождающиеся образованием и разделением газожидкостных смесей. Поэтому одним из наиболее распространенных процессов химической технологии является сепарация газодисперсных смесей. Но технологии и техника очистки загрязненных газовых выбросов до сих пор имеют низкие показатели эффективности, которые обеспечивают лишь грубую очистку газов. Поэтому одной из существующих и актуальных проблем химической промышленности Украины является совершенствование и оптимизация процессов сепарации газодисперсных смесей. Диссертационная работа посвящена моделированию процессов, происходящих во время инерционно-фильтрующей сепарации газожидкостных смесей, а также оценке их влияния на эффективность разделения таких систем. Проведено математическое моделирование гидродинамики движения газового и жидкостного потоков криволинейными каналами сепаратора, а также взаимодействия этих потоков в процессе сепарации. Также установлены основные зависимости, описывающие сопутствующий теплообмен при инерционно-фильтрующей сепарации с конденсацией. Теоретическим анализом математической модели движения газокапельного потока по криволинейному каналу усовершенствовано аналитическое решение системы дифференциальных уравнений Навье-Стокса и численное решение стационарной задачи моделирования движения капель жидкости относительно составляющих локальных скоростей движения сплошной фазы и дисперсных частиц с определением потенциальных зон инерционно-фильтрующей сепарации и зон вторичного брызгоуноса. Проведенные математические расчеты подтверждаются результатами экспериментальных исследований, то есть разработанная математическая модель может быть применена для расчета процессов инерционнофильтрующей сепарации. Выданы рекомендации к инженерному проектированию инерционно-фильтрующих сепараторов при помощи систем моделирования методами вычислительной гидродинамики. Основные научные результаты диссертационной работы внедрены в производство.

Goal of the research is modeling of the inertial-filtering separation processes of gas-liquid mixtures, improving of the existing calculation methods of the inertialfiltering separator hydrodynamic characteristics and geometrical parameter, working out recommendations in engineering design of the inertial-filtering separatorscondensers for gas-liquid mixtures depuration. Dissertation is devoted to the modeling of the processes taking place during inertial-filtering separation of gas-liquid mixtures and their influence on the efficiency of such systems separation. One conducted mathematical modeling of gas and liquid flow hydrodynamics in the curvilinear separator channels and interaction of these flows in the separation process. Also there are determined the dependences which describe joint heat exchange which takes place during inertial-filtering separation with condensation. The conducted mathematical calculations are proved with the experimental research results, meaning the developed mathematical model can be used for calculating processes of the inertial-filtering separation. The main scientific results of the dissertation are implemented into production process.