Влияние геометрических параметров рабочего канала гидродинамического фильтра с защитной перегородкой на структуру течения среды

Проведено математическое моделирование гидродинамического фильтра с вращающимися защитной и фильтровальной перегородками. Изучено влияние геометрических параметров конструкции фильтра на процесс вихреобразования --- угла конусности корпуса гидродинамического фильтра и ширины кольцевого зазора между неподвижным корпусом и вращающейся защитной перегородкой. Установлено, что увеличение ширины кольцевого канала и угла конусности корпуса фильтра приводит к интенсификации циркуляционного течения с образованием вторичных вихревых структур. Получено распределение скоростей в рабочем канале гидродинамического фильтра при различных геометрических и режимных параметрах. Показано, что в рассмотренном диапазоне режимных и конструктивных параметров вращение жидкости между двумя перегородками гидродинамического фильтра не является аналогичным вращению абсолютно твердого тела

Литература

[1] Девисилов В.А., Шарай Е.Ю. Гидродинамическое фильтрование // Безопасность в техносфере. 2015. Т. 4. № 3. С. 68–80.

[2] Девисилов В.А., Мягков И.А., Львов В.А., Шарай Е.Ю. Аналитическая модель процесса разделения суспензий в гидродинамическом фильтре с вращающейся фильтровальной перегородкой // Безопасность в техносфере. 2014. Т. 3. № 5. С. 32–41.

[3] Девисилов В.А., Мягков И.А., Львов В.А., Шарай Е.Ю. Регенерируемый фильтр. Патент 149136 РФ. Заявл. 04.08.2014, опубл. 20.12.2014.

[4] Девисилов В.А., Шарай Е.Ю. Численное исследование структуры потоков в гидродинамическом фильтре // Теоретические основы химической технологии. 2016. Т. 50. № 2. С. 215–222. DOI: 10.7868/S0040357116020044

[5] Девисилов В.А., Шарай Е.Ю. Гидродинамика течения реологически сложной жидкости в самоочищающемся фильтре // Теоретические основы химической технологии. 2012. Т. 46. № 6. С. 631–638.

[6] Девисилов В.А., Шарай Е.Ю., Агалакова Н.А. Исследование гидравлических характеристик течения жидкости в гидродинамическом фильтре с тангенциальной закруткой потока // Вектор науки ТГУ. 2013. № 2 (24). С. 32–37.

[7] Aleksandrov A.A., Devisilov V.A., Sharay E. Hydrodynamic non-Newtonian liquid-solid flow in compound Taylor — Couette flow // Proc. 9th Int. Conf. on Multiphase Flow (ICMF 2016). Firenze, Italy, 2016. P. 105–108.

[8] Aleksandrov A., Devisilov V., Sharai E. Hydrodynamic vibratory filtration as a method removing of mechanical impurities in regeneration systems of highly viscous working fluids // Proc. 10th Int. Conf. on Sustainable Energy and Environmental Protection. Mechanical Engineering (SEEP 2017), 2017. P. 77–86.

[9] Мочалин Е.В. Гидродинамическое сопротивление ротационного фильтра усовершенствованной конструкции // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. Сер. Прикладная механика. 2001. № 2/7 (50). С. 31–34.

[10] Мочалин Е.В., Петренко О.В., Криавошея П.М., Iванова О.О. Фiльтр для очищення рiдин. Патент 64474 А Украiна. Заявл. 09.06.2003, опубл. 16.02.2004.

[11] Gortler H., Angew Z. Dreidimensionales zur stabilitatstheorie laminarer grenzschichten // Math. Mech. 1955. Vol. 35. No. 9-10. P. 362–363.

[12] Wimmer M. Tailor vortices at different geometries // Physics of Rotating Fluids. Springer, 2000. P. 194−212.

[13] Noui-Mehidi M.N. Design optimization of a conical annular centrifugal contractor // Fluid Dynamics & Materials Processing. 2011. Vol. 7. No. 2. P. 141–152. DOI: 10.3970/fdmp.2011.007.141

[14] Zhang Y., Xu L., Li D. Numerical computation of end plate effect on Taylor vortices between rotating conical cylinder // Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation. 2012. Vol. 17. Iss. 1. P. 235–241. DOI: 10.1016/j.cnsns.2011.05.021

[15] Lalaoua A., Chaieb Z. Flow patterns in a combined Taylor — Couette geometry // Topical Problems of Fluid Mechanics. 2016. P. 109–118. DOI: 10.14311/TPFM.2016.016 URL: http://www.it.cas.cz/fm/im/im/proceeding/2016/16

[16] Xu X., Wen P., Xu L., Cao D. Occurrence of Taylor vortices in the flow between two rotating conical cylinders // Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation. 2010. Vol. 15. Iss. 5. P. 1228–1239. DOI: 10.1016/j.cnsns.2009.05.061

[17] Dou H.-S., Khoo B.C., Yeo K.S. Instability of Taylor — Couette flow between concentric rotating cylinders // Inter. J. of  Thermal Science. 2008. Vol. 47. Iss. 11. P. 1422–1435. DOI: 10.1016/j.ijthermalsci.2007.12.012

[18] Li Q.S., Wen P., Xu L. Transition to Taylor vortex flow between rotating conical cylinders // Journal of Hydrodynamics. 2010. Vol. 22. Iss. 2. P. 241–245. DOI: 10.1016/S1001-6058(09)60050-0

[19] Taylor G.I. Stability of a viscous liquid contained between two rotating cylinders // Phil. Trans. Roy. Soc. London. Ser. A. 1923. Vol. 223. P. 289–293.

[20] Финкельштейн З.Л. Применение и очистка рабочих жидкостей для горных машин. М.: Недра, 1986. 232 с.

[21] Shevchuk I.V. Convective heat and mass transfer in rotating disk systems. Springer, 2009. 236 p.

[22] Волков К.Н., Емельянов В.Н. Моделирование крупных вихрей в расчетах турбулентных течений. М.: Физматлит, 2008. 368 с.

[23] Девисилов В.А., Шарай Е.Ю. Границы устойчивости течения в гидродинамическом фильтре // Безопасность в техносфере. 2013. Т. 2. № 4. С. 23–29.

[24] Мочалин Е.В. Устойчивость течения жидкости снаружи вращающегося сетчатого элемента // Вестник СумДУ. 2006. № 12 (96). С. 23–32.

[25] Гринспен Х.П. Теория вращающихся жидкостей. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 304 с.