Моделирование аэродинамики в циклоне

[DimmeX 0]

Уважаемые форумчане, надеюсь получить помощь при решении следующего вопроса.

Многим инженерам, я думаю, известны такие аппараты для очистки воздуха от пыли как циклоны. Эти аппараты довольно подробно описаны теоретически и проанализированы экспериментально. Передо мной стояла задача смоделировать сначала обычный циклон, а замем циклон с раскручивающим элементом. Здесь идея не моя конечно и она давно известна. Если на выходной трубе циклона установить раскручивающее устройство, т.е. какое либо-элемент, который выпрямляет вращающийся поток, то наблюдается снижение гидравлического сопротивления циклона и это приводит к экономии энергии за счёт снижения нагрузки на вентилятор. Это снижение мотивируется в научной литературе тем, что рекуперируется энергия вращательного движения. Опыты лично не проводил!!!! но в литературе полно данных об эффективности данного способа снижения сопротивления.

Приступил к моделированию... пробовал крутить модели в SW Flow Simulation и Ansys Fluids. В ансисе применял RSM модель турбулентности, в SW Flow Simulation она там одна - к-е! В результате обе программы дают приблизительно одинаковый результат (Ансис только профиль скоростей считает гораздо точнее). А результат такой, что снижения сопротивления не происходит... наоборот... ставишь раскручивающее устройство и при всех остальных равных параметрах давление в аппарате возрастает, а так как выдув идёт в атмосферу, следовательно, и сопротивлении возрастает.

Если есть у кого мысли какие.... поделитесь, буду очень благодарен. Может кто сталкивался с такими вопросами раньше????

Там дальше 2 картинки... циклон без раскручивателя и с раскручивателем сверху, на выхлопной трубе.

Изменено 19 марта 2012 пользователем DimmeX

[IGL 8]

Обычно если возникают такие вот опровержения, то нужно проверять азы

как мерили давление в этих книжках и как это делаете вы в своем расчете?

Какой перепад имеют ввиду в книгах? какое давление меряется датчиками в этих книгах?

[MotorManiac 130]

Сомнительно имхо. Непонятно почему сопротивление будет ниже, на вращение тратиться часть энергии потока. Может быть имелось ввиду что на выхлопе стоит крыльчатка с приводом от двигателя, доп. ступень вентилятора так сказать.

[DimmeX 0]

Обычно если возникают такие вот опровержения, то нужно проверять азы

как мерили давление в этих книжках и как это делаете вы в своем расчете?

Какой перепад имеют ввиду в книгах? какое давление меряется датчиками в этих книгах?

Так может у меня не опровержение, может я что-нибудь не так делаю.... на входе в циклон ставлю скорость (или объемный расход), на выходе атмосферное давление. Может дело в связке вентилятор-циклон?

В расчете я просто определяю среднее полное давление в входном патрубке. В экспериментах тоже так делают - снимают стат. давление и добавляют динамическое давление. Обычно под сопротивлением циклона понимают разницу между ПОЛНЫМ давлением на входе и атмосферным на выходе. Хотя поток на выходе обладает какой-то скоростью и, соответсвенно, динамическим давлением, однако оно рассеивается в атмосфере.

Чего-то я не понимаю....

Сомнительно имхо. Непонятно почему сопротивление будет ниже, на вращение тратиться часть энергии потока. Может быть имелось ввиду что на выхлопе стоит крыльчатка с приводом от двигателя, доп. ступень вентилятора так сказать.

Нет внешнего привода никакого. Просто статическое устройство, которое снижает сопротивление циклона. Мне самому не вериться, если есть доп. устройство, то при обтекании этого устройства (или течении внутри его) поток воздуха должен терять энергию.... Может ещё какие мысли есть???

Проводили опыты коллеги на работе на своём циклоне.... вставляешь раскручиватель в выхлопную трубу прямо при работе циклона - статич. давление на входе СНИЖАЕТСЯ, динамическое практически не меняется. Значит полное давление на входе снижается. Может попробовать просчитать выдув в большой объем????

Изменено 20 марта 2012 пользователем DimmeX

[MotorManiac 130]

Да, забавно. А что этот девайс из себя представляет ? Полноценное колесо от вентилятора ? или что то подобное ?

[DimmeX 0]

Да, забавно. А что этот девайс из себя представляет ? Полноценное колесо от вентилятора ? или что то подобное ?

Раскручиватель красным цветом выделен на рисунке ниже. Однако их конструкций сотни разных, суто только одна: выпрямить поток на выходе и, тем самым, снизить сопротивление. Сегодня провели эксперимент, это на самом деле так, без вопросов. Раскручиватель снижает сопротивление циклона.

Изменено 20 марта 2012 пользователем DimmeX

[n-r 62]

а по статике пробовали сравнивать, тоже увеличивается?

если у вас профиль скорости на выходе существенно неравномерный, то полное давление, которое вы осредняете в расчете не будет равно тому, что вы получаете в эксперименте, меряя статику отдельно и добавляя напорную составляющую, полученную по расходу и диаметру патрубков.

[MotorManiac 130]

Раскручиватель красным цветом выделен на рисунке ниже. Однако их конструкций сотни разных, суто только одна: выпрямить поток на выходе и, тем самым, снизить сопротивление. Сегодня провели эксперимент, это на самом деле так, без вопросов. Раскручиватель снижает сопротивление циклона.

Интересно конечно. А этот преобразователь он стационарно находится в канале или крутится ? Первое что приходит в голову - он переводит тангенциальную скорость в осевую, тем самым устраняя гироскопический эффект. По расчету получается смоделировать ? сходится с экспериментом ?. Еще интересно было бы подвигать этот завихритель по длине канала, тогда по логике вещей при его передвижении тоже сопротивление должно меняться, вследствие увеличения - уменьшения области крутящегося потока в выходном сечении.

[HFL 34]

А можно вопрос ? Выходная труба циклона выходит куда ? (в расчёте и в эксперименте) и как точно измеряется давление в эксперименте (точки замеров). Есть подозрение что эффект может быть связан с движением закрученного и незакрученного потока уже после циклона (течение в трубе или истечение в затопленное пространство)

[MotorManiac 130]

А можно вопрос ? Выходная труба циклона выходит куда ? (в расчёте и в эксперименте) и как точно измеряется давление в эксперименте (точки замеров). Есть подозрение что эффект может быть связан с движением закрученного и незакрученного потока уже после циклона (течение в трубе или истечение в затопленное пространство)

Судя по всему в атмосферу выходит. Меряется полное давление на входе как я понимаю, на выходе атмосфера.

[HFL 34]

Судя по всему в атмосферу выходит. Меряется полное давление на входе как я понимаю, на выходе атмосфера.

Я бы в этом случае для начала бы добавил приличный затопленый объём для соблюдения адекватности эксперименту и соответственно условие на входе не давление а расход (в исходном сообщении ничего про ГУ на входе не говорится кстати).

PS: бОльшее сопротивление при истечении закрученного потока в затопленное пространство вещь весьма вероятная. Это можно проверить и на более простой модели

[MotorManiac 130]

Я бы в этом случае для начала бы добавил приличный затопленый объём для соблюдения адекватности эксперименту и соответственно условие на входе не давление а расход (в исходном сообщении ничего про ГУ на входе не говорится кстати).

PS: бОльшее сопротивление при истечении закрученного потока в затопленное пространство вещь весьма вероятная. Это можно проверить и на более простой модели

Интересная мысль. Тогда как вариант обсчитать только участок выхода, с более точной сеткой. Раз воздействие на хвост снижает сопротивление системы, то дело скорее всего в хвосте )

[DimmeX 0]

а по статике пробовали сравнивать, тоже увеличивается?

если у вас профиль скорости на выходе существенно неравномерный, то полное давление, которое вы осредняете в расчете не будет равно тому, что вы получаете в эксперименте, меряя статику отдельно и добавляя напорную составляющую, полученную по расходу и диаметру патрубков.

Статика тоже увеличивается:( а должна уменьшатся! Выход здесь не интересен, какой бы там не был профиль, это уже выхлоп в атмосферу, т.е. потери. На выходе полное давление не измеряется, оно и не нужно. Замер в программе я делаю так же, как и в эксперименте: на входе статика + динамика, на выходе 1 атм! Разница между ними = сопротивление. может грубая сетка??? или может модель турбулентности неадекватная?

Интересно конечно. А этот преобразователь он стационарно находится в канале или крутится ? Первое что приходит в голову - он переводит тангенциальную скорость в осевую, тем самым устраняя гироскопический эффект. По расчету получается смоделировать ? сходится с экспериментом ?. Еще интересно было бы подвигать этот завихритель по длине канала, тогда по логике вещей при его передвижении тоже сопротивление должно меняться, вследствие увеличения - уменьшения области крутящегося потока в выходном сечении.

Раскручиватель находится стационарно. Насчет гироскопического эффекта не знаю, но раскручиватель снижает, как мне кажется, энергию турбулентности на выходе или, как ещё сказать, меньше тратиться энергии на образование завихрений, плюс снижение трения о стенки выхлопной трубы. Просто циклон смоделировать удалось более-менее. А вот с завихрителем не получается.

Насчёт подвигать... от положения завихрителя сопротивление зависит, но сильно глубоко его нельзя ставить, так как он нарушает структуру потока в циклоне, что приводит к снижению эффективности пылеулавливания. Мои коллеги всё это проворачивали экспериментально, 2 кандидатские защищены. А я хочу перевести эту работу на рельсы моделирования:)

А можно вопрос ? Выходная труба циклона выходит куда ? (в расчёте и в эксперименте) и как точно измеряется давление в эксперименте (точки замеров). Есть подозрение что эффект может быть связан с движением закрученного и незакрученного потока уже после циклона (течение в трубе или истечение в затопленное пространство)

Выхлопная труба выходит в атмосферу! Статическое давление измеряется в 4 точках по окружности входной трубы, динамическое - на оси канала. Ваша мысль мне понятна, действительно, как пример, сопротивление автомобиля можно оценить по завихрениям потока после него. Однако эти завихрения - это уже следствие плохой обтекаемости, а не причина. Да и моделировать истечение о большой объем... будет сложно технически с точки зрения ресурсов компьютера!

Судя по всему в атмосферу выходит. Меряется полное давление на входе как я понимаю, на выходе атмосфера.

да, это так!

Я бы в этом случае для начала бы добавил приличный затопленый объём для соблюдения адекватности эксперименту и соответственно условие на входе не давление а расход (в исходном сообщении ничего про ГУ на входе не говорится кстати).

PS: бОльшее сопротивление при истечении закрученного потока в затопленное пространство вещь весьма вероятная. Это можно проверить и на более простой модели

Уже выше писал. попробуем. На входе ставилось в качестве ГУ - постоянный расход, если не указал, прошу прощения. Спасибо за мысли, будем пробовать.

Интересная мысль. Тогда как вариант обсчитать только участок выхода, с более точной сеткой. Раз воздействие на хвост снижает сопротивление системы, то дело скорее всего в хвосте )

Но структура потока это следствие течения уже, энергия турбулентности, потери на трение генерируются в аппарате, а за циклоном уже рассеивается..... Или тут всё более сложно... 10 лет работаю в схожей области, никогда не задумывался так основательно.

Спасибо всем за помощь в обсуждении!!

Изменено 21 марта 2012 пользователем DimmeX

[flow 2]

ИМХО: данный раскручиватель является частным случаем диффузора, т.к. поворачивая поток из тангенцального в осевое направление - увеличивает площадь потока, т.е. тормозя поток. Если это так, то при равных условиях на выходе (равенство статических давлений), на входе, действительно, должно происходить снижение статического давления, тем самым увеличивается эффективность работы циклона. Я бы это проверил следующим образом: на входе в обоих случаях поставил одинаковое значение полного давления, на выходе - соответственно статику и замерял бы массовый расход. В случае с раскручивателем массовый расход должен быть выше. Либо поставил бы на входе массовый расход, на выходе ту же статику и посмотрел бы на изменение статики на входе. Как то так.

[DimmeX 0]

ИМХО: данный раскручиватель является частным случаем диффузора, т.к. поворачивая поток из тангенцального в осевое направление - увеличивает площадь потока, т.е. тормозя поток. Если это так, то при равных условиях на выходе (равенство статических давлений), на входе, действительно, должно происходить снижение статического давления, тем самым увеличивается эффективность работы циклона. Я бы это проверил следующим образом: на входе в обоих случаях поставил одинаковое значение полного давления, на выходе - соответственно статику и замерял бы массовый расход. В случае с раскручивателем массовый расход должен быть выше. Либо поставил бы на входе массовый расход, на выходе ту же статику и посмотрел бы на изменение статики на входе. Как то так.

Я так и делал: на входе расход, на выходе статика и замер давления на входе после расчёта!

"на входе в обоих случаях поставил одинаковое значение полного давления, на выходе - соответственно статику и замерял бы массовый расход" - не получится, должна быть хоть одна массовая характеристика в системе начальных (граничных) условий!!!

Может быть кто-то сталкивался с расчётом потоков с сильной анизотропностью турбулентности? Какую лучше использовать модель турбулентности?