Applying computational fluid dynamics modelling for investigating conical reverse-flow cyclone

Abstract

The problem of the efficiency of cyclones, devices for separating heavy particles from their carrying fluid, is examined. A review of experimental and theoretical papers is conducted introducing three dimensional differential equations for transfer processes and the Reynolds stress model of turbulence. The paper describes the numerical modelling of the swirling fluid flow in the conical reverse-flow cyclone the height of which is 0.50 m and diameter – 0.20 m. The governing fluid flow equations are solved using the finite volume method in a body-fitted coordinate system. A reasonable agreement between the presented results of numerical calculations (inlet velocity – 4.64 m/s and fluid flow rate – 0.28 m³/s) and experimental and numerical data obtained by other authors is found (mean relative error did not exceed ± 5%).

Article in Lithuanian.

Skaičiuojamosios fluidų dinamikos modeliavimo  taikymas kūginiam grįžtamojo srauto ciklonui tirti

Santrauka. Nagrinėjama ciklonų, skirtų kietosioms dalelėms atskirti iš oro srauto, efektyvumo problema. Apžvelgti eksperimentiniai ir teoriniai darbai. Pateiktos trimatės pernašos diferencialinės lygtys su Reinoldso įtempių turbulencijos ir kitais modeliais. Atliktas skaitinis oro srauto judėjimo modeliavimas kūginiame grįžtamojo srauto (KGS) ciklone, kurio aukštis – 0,50 m, cilindrinės dalies aukštis − 0,29 m, kūginės − 0,133 m, skersmuo − 0,20 m. Modeliuojant aprašytas oro srauto judėjimas ciklone taikant Navjė ir Stokso trimačių diferencialinių lygčių sistemą, diskretizuotą baigtiniais tūriais. Modeliavimo rezultatai, kai įtekėjimo greitis – 4,64 m/s ir debitas – 0,28 m³/s, neblogai sutapo su kitų autorių vykdytų eksperimentų rezultatais. Gauta vidutinė santykinė paklaida − ±5 proc.

Reikšminiai žodžiai: ciklonas, kietosios dalelės, skaitinis modeliavimas, skaičiuojamoji fluidų dinamika, turbulentumas.

Keyword : cyclone, solid particles, numerical modelling, computational fluid dynamics, turbulence