Численное исследование течения жидкости между проницаемыми вращающимися цилиндрическими поверхностями

Представлены результаты компьютерного моделирования течения жидкости в кольцевом канале гидродинамического фильтра с защитной перфорированной перегородкой между цилиндрическими перфорированной защитной и фильтровальной перегородками. Изучено влияние площади отверстий перфораций защитной перегородки, ширины кольцевого канала между цилиндрическими защитной и фильтровальной перегородками на структуру потоков. Установлено, что увеличение ширины кольцевого канала и площади перфорации защитной перегородки приводит к образованию в канале вторичных вихревых структур. Получено распределение окружных скоростей в канале гидродинамического фильтра между защитной и фильтровальной перегородками. Показано, что в рассмотренном диапазоне режимных и конструктивных параметров профиль окружной скорости может быть аппроксимирован степенной зависимостью со значением степени 2,4--3,3. Установлено, что интенсивность детерминированных составляющих процесса разделения определяется конструктивными и режимными параметрами канала между проницаемыми вращающимися цилиндрическими поверхностями. К конструктивным параметрам относятся ширина канала и площадь отверстий перфорации, а к режимным --- угловая скорость вращения. Предложенная организация течения в гидродинамическом фильтре позволяет уменьшить интенсивность случайных составляющих процесса разделения в многофазных средах

Работа выполнена в рамках государственного заказа Минобрнауки России (№ 10.7766.2017/8.9)

Литература

[1] Tarleton E.S. Progress in filtration and separation. Academic Press, 2014.

[2] Мочалин Е.В., Халатов А.А. Проблемы промышленной очистки жидкостей от механических примесей и применение ротационных фильтров. Промышленная теплотехника, 2009, т. 31, № 2, с. 19--30.

[3] Holdich R.G., Cumming I.W., Smith I.D. Crossflow microfiltration of oil in water dispersions using surface filtration with imposed fluid rotation. J. Memb. Sci., 1998, vol. 143, iss. 1-2, pp. 263--274. DOI: https://doi.org/10.1016/S0376-7388(98)00023-4

[4] Akagi T., Horie T., Masuda H., et al. Improvement of separation performance by fluid motion in the membrane module with a helical baffle. Sep. Purif. Technol., 2018, vol. 198, pp. 52--59.DOI: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2017.07.012

[5] Jaffrin M.Y. Hydrodynamic techniques to enhance membrane filtration. Annu. Rev. Fluid Mech., 2012, vol. 44, pp. 77--96. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev-fluid-120710-101112

[6] Ahmari H., Heris S.Z. Numerical analysis of mass and momentum transfer in co-axial cylinders with rotating inner cylinder. Bulg. Chem. Commun., 2015, vol. 47, no. 2, pp. 491--496.

[7] El Rayess Y., Manon Y., Jitariouk N., et al. Wine clarification with Rotating and Vibrating Filtration (RVF): investigation of the impact of membrane material, wine composition and operating conditions. J. Memb. Sci., 2016, vol. 513, pp. 47--57. DOI: https://doi.org/10.1016/j.memsci.2016.03.058

[8] Александров А.А., Девисилов В.А., Шарай Е.Ю. и др. Влияние геометрических параметров рабочего канала гидродинамического фильтра с защитной перегородкой на структуру течения среды. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2018, № 2 (77), с. 23--38. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2018-2-23-38

[9] Девисилов В.А., Шарай Е.Ю. Гидродинамическое фильтрование. Безопасность в техносфере, 2015, т. 4, № 3, с. 68--80. DOI: https://doi.org/10.12737/11885

[10] Крохина А.В., Львов В.А., Павлихин Г.П. и др. Исследование асимптотических свойств модели гидродинамической стадии эволюции процесса классификации в аппаратах циклонного типа. Безопасность в техносфере, 2013, т. 2, № 4, с. 36--42. DOI: https://doi.org/10.12737/719

[11] Карамзин В.В., Торопов О.А. Теоретический анализ технологических возможностей гидроциклонов. Горный информационно-аналитический бюллетень, 2009, № S15, с. 215--228.

[12] Терновский И.Г., Кутепов А.М. Гидроциклонирование. М., Наука, 1994.

[13] Колесов В.В., Романов М.Н. Расчет стационарных, периодических и квази-периодических движений вязкой жидкости между двумя вращающимися проницаемыми цилиндрами. Известия РАН. Механика жидкости и газа, 2010, № 6, с. 53--62.

[14] Xie X., Le Men C., Dietrich N., et al. Local hydrodynamic investigation by PIV and CFD within a dynamic filtration unit under laminar flow. Sep. Purif. Technol., 2018, vol. 198, pp. 38--51. DOI: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2017.04.009

[15] Браженко В.М. Теоретическое исследование эффективности механической чистки жидкости ротационным фильтром. Wschodnioeuropejskie Czasopismo Naukowe, 2017, № 12-2, с. 17--22.