Расчеты распределения потоков воздуха в секции пневматической очистки фильтра

О проекте

  • Расчеты распределения потоков воздуха в секции пневматической очистки фильтра
  • АО «СовПлим»
  • Вентиляция и климат

Расчеты распределения потоков воздуха в секции пневматической очистки фильтра

Компания АО «СовПлим» является Российским производителем систем местной вытяжной вентиляции, аспирации, удаления выхлопных газов и прочего фильтровентиляционного и вакуумного оборудования. Компания имеет широкую филиальную сеть на территории России и стран СНГ, а также представительства в Индии, Израиле и ЮАР.

Более чем за 30 лет компания АО «СовПлим» не только сформировала рынок местной вытяжной вентиляции в России и стала его бесспорным лидером, но и заработала статус надёжного поставщика и эксперта в области чистого воздуха на предприятиях. Оборудование, произведенное компанией «СовПлим», применяется практически во всех отраслях: от металлургии, атомной промышленности и тяжёлого машиностроения, до небольших автосервисов, пищевых производств и образовательных учреждений.

В 2017 г. по заказу АО «СовПлим» специалисты компании «МЦД» выполнили расчеты распределения потоков воздуха в секции пневматической очистки фильтра (СПОФ).

Целью расчетов было проведение исследования работы фильтра в режиме импульсной очистки на основании полученных в ходе расчетов полей распределений скорости и давления.

Задачами расчета были:

  • подготовка плоской осесимметричной геометрической модели для каждого из 4-х вариантов конструктивного исполнения СПОФ,
  • подготовка расчетной сетки и выполнение ее настройки для каждого из 4-х вариантов конструктивного исполнения СПОФ,
  • подготовка моделей для проведения расчетов,
  • обработка экспериментальных данных и расчеты гидравлического сопротивления фильтра,
  • выполнение нестационарных газодинамических расчетов для каждого из 4-х вариантов конструктивного исполнения СПОФ,
  • выполнение двух расчетов для конструктивных исполнений СПОФ с измененными геометрическими (режимными) параметрами на основании анализа полученных результатов,
  • создание анимационных видеороликов по работе фильтра и графических материалов по распределению скоростей и давлений в СПОФ.

Секция пневматической очистки фильтра представляет собой картридж цилиндрической формы, состоящий из свободного пространства и фильтра. Над СПОФ устанавливается пластина, разделяющая «грязную» и «чистую» зоны. На заданном расстоянии от пластины располагается электромагнитный клапан, осуществляющий импульсную очистку фильтра, оказывая воздействие внутрь сжатым воздухом. Перед электромагнитным клапаном располагается система подвода сжатого воздуха, поступающего из ресивера.

Во 2-м и 4-м вариантах конструктивного исполнения СПОФ внутри картриджа установлена вставка-рассекатель для уменьшения свободного пространства и распределения импульса сжатого воздуха. В 3-м и 4-м вариантах конструктивного исполнения СПОФ над пластиной установлено сопло, предназначенное для эжектирования свободного воздуха из объема «чистой» зоны.

Рис. 1. Геометрическая модель СПОФ №1 – вид сбоку и в разрезе
Рис. 1. Геометрическая модель СПОФ №1 – вид сбоку и в разрезе

Подготовка геометрической модели для каждого из 4-х вариантов конструктивного исполнения СПОФ производилась набором эскизов и операциями моделирования на основании 3D-моделей СПОФ в ANSYS Design Modeler. Все параметры управления геометрической модели определялись в программной среде ANSYS Workbench. С помощью данных параметров были сформированы исходные данные для каждого из расчётов.

Построение расчетной сетки выполнялось в соответствии с общими рекомендациями по критериям качества элементов средствами Meshing, встроенными в программную среду ANSYS Workbench, методом MultiZone, который хорошо подходит для построения сетки на гранях с различным соотношением сторон и создает на них однородную сетку.

Определение характеристик фильтра

Для определения сопротивления фильтра была произведена серия расчетов. В ходе них были подобраны коэффициенты сопротивления, с помощью которых удалось приблизиться к данным исходного эксперимента.

На основе схемы фрагмента фильтра были построены две вспомогательные 3D-модели одной из 169 секций фильтра для определения соотношения коэффициентов осевого и радиального сопротивления.

Проведено два расчета в осевом и радиальном направлении фильтра для определения перепада давления для значений объемного расхода, соответствующих значениям объемного расхода натурного эксперимента.

По результатам этих расчетов была произведена серия калибровок значений сопротивления фильтра с целью максимально приблизить результаты расчета с данными сопротивлениями к результатам натурного эксперимента.

Получены значения, соответствующие данным эксперимента с высокой точностью. С помощью калибровки были получены данные по замеру расхода воздуха и давления.

Результаты газодинамических расчетов

Газодинамические расчеты проводились в нестационарной постановке в импульсном режиме работы клапана для каждого из 4-х вариантов конструктивного исполнения СПОФ.

Распределение давления внутри СПОФ рассчитывалось в моменты времени 0,01 с; 0,015 с; 0,02 с; 0,05 с; 0,1 с; 0,15 с; 0,2 с; 0,25 с; 0,3 с для каждого из 4-х вариантов конструктивного исполнения СПОФ.

Рис. 2. Распределение давления в СПОФ в момент времени 0,1 с для модели №3
Рис. 2. Распределение давления в СПОФ в момент времени 0,1 с для модели №3

Распределение векторов скорости внутри СПОФ рассчитывалось в моменты времени 0,05 с; 0,1 с; 0,15 с; 0,2 с; 0,25 с; 0,3 с для каждого из 4-х вариантов конструктивного исполнения СПОФ.

Для каждого из 4-х вариантов конструктивного исполнения были построены графики значений эжекции воздуха из окружающей среды во внутреннее пространство СПОФ.

Рис. 3. График значений эжекции воздуха для модели №1
Рис. 3. График значений эжекции воздуха для модели №1

Заключение

В результате проведённого газодинамического расчета специалистами «МЦД» было проведено исследование работы фильтра в режиме импульсной очистки для различных вариантов конструктивного исполнения СПОФ. На основе качественных и количественных данных были определены:

  • направления векторов скорости потока внутри СПОФ;
  • зоны рециркуляции потока внутри СПОФ;
  • неравномерность давлений на внутренней поверхности фильтра;
  • получены графики значений эжекции воздуха для разных конструктивных исполнений СПОФ;
  • созданы анимационные видеоролики распределений скорости и давлений внутри СПОФ для различных вариантов конструктивного исполнения.

Полученные результаты позволили оценить эффективность импульсной очистки фильтра сжатым воздухом для каждого из рассмотренных вариантов конструктивного исполнения СПОФ и могут быть в дальнейшем использованы для их модификации и оптимизации режимных параметров.

На основании анализа полученных результатов были проведены два расчета с измененными геометрическими параметрами и с использованием тех же граничных и начальных условий. В результате были определены:

  • направления векторов скорости потока внутри СПОФ;
  • зоны рециркуляции потока внутри СПОФ;
  • получены графики значений эжекции воздуха для разных конструктивных исполнений СПОФ;
Рис. 4. Распределение давления в СПОФ в момент времени 0,01 с для модели №1.2
Рис. 4. Распределение давления в СПОФ в момент времени 0,01 с для модели №1.2

Есть подобная задача? Звони!

Позвоните нам

+7 (495) 644-06-08

Напишите нам

info@digitaltwin.ru

Часы работы

Пн-Пт 9:00 – 18:00

Другие проекты по теме

Отправить сообщение

    Свяжитесь с нами

    Позвоните нам

    +7 (495) 644-06-08

    Напишите нам

    info@digitaltwin.ru

    Часы работы

    Пн-Пт 9:00 – 18:00