Моделирование газодинамических процессов в плоскорукавном фильтре

В статье представлен результат моделирования газодинамических процессов в плоскорукавном фильтре в сравнении с обычным рукавным фильтром. Представлена визуализация таких параметров, как скорость и траектория потока, скорость и траектория частиц, а также распределение давления. Компьютерное моделирование было проведено в программном комплексе Solidworks Flow Simulation

Ключевые слова: плоскорукавный фильтр, рукавный фильтр, моделирование, Solidworks Flow Simulation, защита атмосферы

В настоящее время одной из самых актуальных проблем является повышение степени очистки промышленных выбросов при снижении капитальных и эксплуатационных затрат. Одним из способов модернизации существующих систем газоочистки является использование плоскорукавных фильтров, взамен обычных рукавных фильтров. [1].

Для исследования разницы между рукавным фильтром и плоскорукавными фильтром были созданы 3D модели двух фильтров с одинаковым корпусом и с одинаковой площадью фильтрации. Также были заданы одинаковые граничные условия.

В качестве программного комплекса для моделирования газодинамических процессов был выбран Solidworks Flow Simulation, так он имеет такие плюсы как дружелюбный к пользователю интерфейс; сокращение времени на задание каждого проекта; стабильность работы программы; возможность создавать геометрию и производить расчеты в одном программном комплексе; хорошее качество поверхностей, подробную визуализацию.

Flow simulation моделирует движение потока, на основе решения уравнения Навье — Стокса, которое являет интерпретацией законов сохранения массы, импульса, и энергии для потока жидкости, и газа. Уравнения дополнены выражениями состояния среды, которые определяют природу этой среды и эмпирическими зависимостями плотности, вязкости и теплопроводности среды от температуры. Для расчётной области строится структурированная неравномерная сетка с разбиением по мере приближения к поверхности модели, и на участках с большими градиентами физических параметров текучей среды, определяемыми во время расчёта. Моделирование обтекания основано на конечно-объёмном методе (МКО) решения уравнений газодинамики и использует прямоугольную адаптивную сетку с местным разбиением. Уравнения Навье-Стокса решаются методом расщепления по физическим процессам. Для получения достаточно точной картины распространения линий тока внутри исследуемой модели необходима расчётная сетка с ячейками меньше самого малого вихря. [2].

Были заданы следующие граничные условия. Они представлены в таблице 1.

Таблица 1

Граничные условие

Задав граничные условия, были смоделированы газодинамические процессы для нахождения таких параметров, как скорость потока, распределение давления, а также скорость и траектория частиц. Их визуализация представлена на рисунках 1, 2, 3.

Рис. 1. Скорость и траектория потока

Рис. 2. Скорость и траектория частиц

Рис. 3. Распределение и перепад давления

Характеристики обоих фильтров представлены в таблице 2.

Таблица 2

Характеристики рукавных фильтров

Таким образом мы можем увидеть, что при одинаковой площади фильтрации и одинаковой эффективности очистки, плоскорукавный фильтр может занимать как минимум на 33 % меньше места в сравнении с обычным рукавным фильтром, так как плоская форма рукавов позволяет разместить в таком же корпусе на 60 % больше рукавов, что позволяет уменьшить их длину в сравнении с цилиндрической формой рукавов. Это в свою очередь позволяет существенно снизить занимаемое фильтрами пространство на производственных площадках.

Литература:

1. Р. Марграф Практические примеры эффективного улавливания пылевидных и газообразных частиц при помощи плоскорукавного фильтра и метода рециркуляции с шаровым ротором. (LÜHR FILTER GmbH & Co KG, Германия) — межотраслевой научно-практический журнал «Пылегазоочистка» № 6 (июль-декабрь), 2013.– С. 5.
2. А. А. Алямовский SolidWorks. Компьютерное моделирование в инженерной практике — СПб.: БХВ-Петербург, 2005. 800 с.