ЗМЕНШЕННЯ ВТРАТ СИПУЧОГО СЕРЕДОВИЩА, ЩО ПЕРЕКАЧУЄТЬСЯ ВИХОРОКАМЕРНИМ ЕЖЕКТОРОМ, ВИКОРИСТАННЯМ ЩІЛИННОЇ ПРИЙМАЛЬНОЇ НАСАДКИ
Бічна панель сторінки статті
Основний зміст сторінки статті
Анотація
Проблема зношування механічних рухомих елементів ежекторів при транспортуванні абразивних частинок є актуальною для багатьох галузей промисловості. Покращення показників надійності та довговічності обладнання для перекачування твердих абразивних середовищ можливе шляхом застосування струминних насосів. Особливу увагу заслуговують вихорокамерні ежектори (ВКЕ), ефективність роботи яких можна підвищити шляхом зменшення втрат сипучого середовища у дренажному каналі завдяки використанню щілинної приймальної насадки. Проведене математичне моделювання, засноване на числовому вирішенні усереднених за Рейнольдсом рівнянь Нав'є-Стокса, що дало змогу встановити залежності втрат сипучого середовища від режимних параметрів функціонування ежектора. До математичної моделі додані рівняння SST (Shear Stress Transport) моделі турбулентності та рівняння нерозривності. Розроблені математичні моделі були підтверджені експериментальними дослідженнями, які продемонстрували їх адекватність і практичну застосовність. Дослідження виявили, що при використанні щілинної приймальної насадки втрати сипучого твердого середовища зменшуються зі зростанням густини середовища, що перекачується. Для циліндричної мінімальні втрати спостерігалися в діапазоні густин 2000–3000 кг/м³. Натомість щілинна насадка забезпечувала менші втрати за умов збільшення густини середовища. Визначено умови зведення до нуля масової витрати твердих частинок у дренажному каналі. Експериментальні дослідження також виявили, що оптимізація параметрів, таких як діаметр і густина твердих частинок, а також повний тиск на вході (ступінь закрутки потоку у вихровій камері), дозволяє практично усунути втрати сипучого середовища у дренажному каналі при використанні щілинної приймальної насадки. Це забезпечує значне підвищення енергоефективності роботи ВКЕ.
Блок інформації про статтю
Посилання
Singh J., Vasudev H., Chohan J. S. Review on computational fluid dynamics based analysis of surface erosion in hydraulic machinery. International Journal on Interactive Design and Manufacturing (IJIDeM). 2023, vol. 18, pp. 5353–5380. doi: 10.1007/s12008-023-01336-2
Antonenko S., Sapozhnikov S., Kondus V., Chernobrova A., Mandryka A. Creation a universal technique of predicting performance curves for small-sized centrifugal stages of well oil pump units. Journal of Physics: Conference Series. 2021, vol. 1741, 012011. doi: 10.1088/1742-6596/1741/1/012011
Fatieieva N. M., Shevchenko N. H., Fatyeyev O. M. Nadiynist' hidropnevmoahrehativ metalorizal'noho ustatkuvannya [Reliability of hydropneumounits of metal-cutting equipment]. Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Hydraulic machines and hydraulic units. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2016, no. 41 (1213), pp. 84–87.
Patel M., Kumar A., Pardhi B., Pal M. Abrasive, erosive and corrosive wear in slurry pumps – A review. International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET). 2020, vol. 7, issue 3, pp. 2188–2195.
Rogovyi A. Use of detached-eddy simulation method (DES) in calculations of the swirled flows in vortex apparatuses. Teka. Commission of Motorization and Power Industry in Agriculture. 2016, vol. 16, no. 3, pp. 57–62.
Momeni H., Domagała M. CFD simulation of transport solid particles by jet pumps. Technical Transactions. 2015, Mechanics issue 2-M (7), pp. 185–191.
Rogovyi A. S. Kontseptsiya stvorennya vykhorokamernykh nahnitachiv ta pryntsypy pobudovy system na yikh osnovi [The concept of vortex chamber superchargers creation and the principle of systems designing on their basis]. Visnyk Skhidnoukrayins'koho natsional'noho universytetu imeni Volodymyra Dalya [Visnik of the Volodymyr Dahl East Ukrainian national university]. Severodonetsk, SNU named after Volodymyr Dahl Publ., 2017, no. 3 (233), pp. 168–173.
Rogovyi A., Voronova Ye. Comparative analysis of performance characteristics of jet vortex type superchargers. Avtomobil'nyy transport. 2016, issue 38, pp. 93–98.
Baha V., Pitel J., Pavlenko I. Effect of erosion on surface roughness and hydromechanical characteristics of abrasive-jet machining. Journal of Engineering Sciences. 2024, vol. 11, issue 2, pp. G9–G16. doi: 10.21272/jes.2024.11(2).g2
Rezvaya K., Krupa E., Drankovskiy V., Makarov V. Optimization of the water passage of a pump-turbine based on a numerical study of its hydrodynamic characteristics. 2019 IEEE 2nd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON). Lviv, 2019, pp. 460–463.
Syomin D. O., Rogovyi A. S. Vplyv umov vkhodu seredovyshcha, shcho perekachuyet'sya, na enerhetychni kharakterystyky vykhrekamernykh nasosiv [The influence of the inlet conditions of the pumped medium on the energy characteristics of vortex chamber pumps]. Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Hydraulic machines and hydraulic units. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2015, no. 3 (1112), pp. 130–136.
Rogovyi A. S. Udoskonalyuvannya enerhetychnykh kharakterystyk strumynnykh nahnitachiv: dis. … kand. tekhn. nauk 05.05.17 [Improving the energy characteristics of jet blowers. Candidate eng. sci. diss (Ph. D.)]. Lugansk, 2007. 193 p.
Brazhenko V., Mochalin I. Numerical simulation and experimental tests of the filter with a rotating cylindrical perforated filter element. Proc. of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. 2021, vol. 235, issue 12, pp. 2180–2191. doi: 10.1177/0954406220950346
Rogovyi A. S. Rozrobka teoriyi ta metodiv rozrakhunku vykhorokamernykh nahnitachiv: dys d-ra tekhn. nauk 05.05.17 [Development of the theory and designing methods of vortex chamber superchargers. Dr. eng. sci. diss.]. Kharkiv, 2017. 364 p.
Krupa Y., Demchuk Y. Modern software for the numerical study of flow in hydraulic machines. Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Hydraulic machines and hydraulic units. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2022, no. 1, pp. 54–58.
Panevnyk D. Simulation of a downhole jet-vortex pump's working process. Nafta-Gaz. 2021, vol. 77 (9), pp. 579–586.
Rogovyi A., Neskorozhenyi A., Krasnikov S., Tynyanova I., Khovanskyi S. Improvement of Vortex Chamber Supercharger Performances Using Slotted Rectangular Channel. Advanced Manufacturing Processes IV: Selected Papers from the 4th Grabchenko’s Int. Conf. on Advanced Manufacturing Processes, InterPartner 2022 (6–9 September 2022, Odessa, Ukraine). Lecture Notes in Mechanical Engineering. Cham, Springer Publ., 2023, pp. 552–561. doi: 10.1007/978-3-031-16651-8_52
Engel A. Verification, validation, and testing of engineered systems. John Wiley & Sons Publ., 2010. 720 p. doi: 10.1002/9780470618851
ANSYS, C. R24.1 Help manual. ANSYS Inc. 2024.
Sommerfeld M., Sgrott O. L., Taborda M. A., Koullapis P., Bauer K., Kassinos S. Analysis of flow field and turbulence predictions in a lung model applying RANS and implications for particle deposition. European Journal of Pharmaceutical Sciences. 2021, vol. 166, p. 105959. doi: 10.1016/j.ejps.2021.105959
Ferziger J. H., Perić M. Computational methods for fluid dynamics. New York, Springer Publ., 2002. 596 p.
Papoulis A., Pillai S. U. Probability, random variables, and stochastic processes. Tata McGraw-Hill Education Publ., 2002. 849 p.
Córcoles J. I., Acosta-Iborra A., Almendros-Ibáñez J. A., Sobrino C. Numerical simulation of a 3-D gas-solid fluidized bed: Comparison of TFM and CPFD numerical approaches and experimental validation. Advanced Powder Technology. 2021, vol. 32, issue 10, pp. 3689–3705.
Fan Z., Liu D., Liang C., Chen X. Numerical simulation of collision dynamics between a dry particle and a liquid-coated wet particle. Powder Technology. 2024, vol. 434, p. 119308.
Rezvaya K., Cherkashenko M., Drankovskiy V., Tynyanova I., Makarov V. Using mathematical modeling for determination the optimal geometric parameters of a pump-turbine water passage. 2020 IEEE 4th International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS) (2020, Istanbul). Istanbul, IEEE Publ., 2020, pp. 212–216. doi: 10.1109/IEPS51250.2020.9263139
Arolla S. K., Durbin P. A. A rotation/curvature correction for turbulence models for applied CFD. Progress in Computational Fluid Dynamics, an International Journal. 2014, vol. 14, issue 6, pp. 341–351.