This paper aims to analyse the problem of numerical modelling of the airflow in a conical reverse‐flow (CRF) cyclone with tangential inlet (equipment for separation of solid particles from gaseous fluid flow). A review of experimental and theoretical papers that describe cyclones with very complex swirling flow is performed. Three‐dimensional transport differential equations for incompressible turbulent flow inside a cyclone are solved numerically using finite volume‐based turbulence models, namely, the Standard k–ϵ model, the RNG k–ϵ model and the Reynolds stress model (RSM). The paper describes the numerical modelling of the airflow in the CRF cyclone, the height of which is 0.75 m, diameter ‐ 0.17 m, height of cylindrical part ‐ 0.255 m, height of conical part ‐ 0.425 m, inlet area is 0.085×0.032 m2. Mathematical model of airflow in a cyclone consisted of Navier‐Stokes (Reynolds) three‐dimensional differential equation system. Modelling results, obtained from the numerical tests when inlet velocity is 4.64, 9.0 and 14.8 m/s and flow rate is, respectively, 0.0112, 0.0245 and 0.0408 (0.0388) m3/s, have demonstrated a reasonable agreement with other authors’ experimental and theoretical results. The average relative error was ± 7.5%. Santrauka Nagrinejama duju aerodinamikos kūginiame grižtamojo srauto (KGS) ciklone (irenginys kietosioms dalelems atskirti iš oro srauto) su tangentiniu srauto itekejimu skaitinio modeliavimo problema. Trimates nespūdžiojo turbulentinio srauto ciklono viduje pernašos diferencialines lygtys skaitiškai sprestos baigtiniu tūriu metodu taikant standartini k–ϵ, RNG k–ϵ ir Reinoldso itempiu (RIM) turbulencijos modelius. Atliktas skaitinis oro srauto judejimo KGS ciklone modeliavimas. Ciklono aukštis – 0,75 m, skersmuo ‐ 0,17 m, cilindrines dalies aukšti ‐ 0,255 m, kūgines ‐ 0,425 m, itekejimo angos plotas 0,085×0,032 m2. Oro srauto judejimo ciklone matematinis modelis – Navje ir Stokso (Reinoldso) trimačiu diferencialiniu lygčiu sistema. Modeliavimo rezultatai, kai itekejimo greitis 4,64, 9,0 bei 14,8 m/s ir debitas – 0,0112, 0,0245 ir 0,0408 (0,0388) m3/s, neblogai sutapo su kitu autoriu eksperimentiniais rezultatais. Vidutine santykine paklaida ‐ ± 8 proc. Резюме Анализируется проблема аэродинамики газового потока в коническом возвратного потока (КВП) циклоне (оборудование для отделения твердых частиц от газового потока) с тангенциальной подачей газа. Произведен обзор экспериментальных и теоретических работ в циклонах такого типа, в которых образуется сложное вихревое течение потока. Для моделирования использованы трехмерные дифференциальные уравнения переноса, численно решаемые методом конечных объемов с использованием следующих моделей: стaндартной k–e, RNG k–e и рейнольдсовой модели турбулентности напряжений. Произведено численное моделирование движения потока воздуха в циклоне КВП, высота которого 0,75 м, диаметр – 0,17 м, высота цилиндрической части – 0,255 м, конической части – 0,425 м, площадь входного отверстия – 0,085×0,032 м 2 . Математическую модель движения потока воздуха в циклоне составила система трехмерных дифференциальных уравнений Навье-Стокса и Рейнольдса. Анализ результатов, произведенный при скоростях втекания в циклон 4,64, 9,0 и 14,8 м/с (дебит – 0,0112, 0,0245 и 0,0408 м 3 /c) и для модели рейнольдсовых напряжений, показал приемлемую согласованность с результатами других исследователей – со средней относительной погрешностью ± 7,5 проц.

Journal of Environmental Engineering and Landscape ManagementPublication details, including instructions for authors and subscription information:Abstract. This paper aims to analyse the problem of the gas-solid particle (SP) flow in the multichannel cyclone (three rings) with tangential inlet (KDG -equipment for separation of solid particles from gaseous fluid flow). It provides a review of experimental and theoretical papers that describe cyclones with a very complex swirling flow. The paper describes the experimental study and numerical modelling of the flow in the multichannel cyclone, the height of which is 0.72 m and the diameter -0.50 m; with the height of the cylindrical part amounting to 0.29 m, the height of the conical part -0.43 m, and the inlet area -0.29×0.034 m 2 . The multi-functional measuring instrument Testo 400, intended for measuring the flow velocity in the inlet and outlet of the multichannel cyclone was used in experimental studies of the cyclone. Threedimensional transport differential equations (Reynolds) for incompressible turbulent flow inside a cyclone are solved numerically using finite volume-based numerical method and turbulence models, namely the Standard k-ε model, the RNG k-ε model. According to results obtained during the experiments with quartz sand and quartz sand dust pollutants, the highest SP treatment efficiency as regards these pollutants, reaching 85.8−90.4%, was obtained. Modelling results obtained from the numerical tests with the inlet velocity of 6.27-10.78 m/s and, the flow rate of 0.111-0.190 m 3 /s have demonstrated a reasonable agreement with experimental and theoretical results. The average relative error was ± 4.3%.

The paper describes the numerical modelling of the swirling fluid flow in the Stairmand cyclone (conical reverse-flow – CRF) with tangential inlet (equipment for separating solid particles from the gaseous fluid flow). A review of experimental and theoretical papers is conducted introducing three-dimen­sional differential equations for transfer processes. The numerical modelling of the Stairmand cyclone the height of which is 0.75 m, diameter – 0.17 m, the height of a cylindrical part – 0.290 m, a conical part – 0,39 m and an inlet area is 0,085×0,032 m is presented. When governing three-dimensional fluid flow, transfer equations Navje-Stokes and Reynolds are solved using the finite volume method in a body-fitted co-ordinate system using standard k– e and RNG k– e model of turbulence. Modelling is realised for inlet velocity 4.64, 9.0 and 14.8 m/s (flow rate was 0.0112, 0.0245 and 0.0388 m3/s). The results obtained from the numerical tests have demonstrated that the RNG k– e model of turbulence yields a reasonably good prediction for highly swirling flows in cyclones: the presented numerical results (tangential and radial velocity profiles) are compared with numerical and experimental data obtained by other authors. The mean relative error of ± 7,5% is found.

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 judė-jimas 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 m 3 /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. ĮvadasCiklonai plačiai naudojami pramoniniuose procesuose kietosioms dalelėms atskirti iš oro srauto žemoje temperatūroje ir dūmų dalelėms atskirti deginant kietą-jį kurą aukštoje temperatūroje (iki 300-500 °C). Jų konstrukcijose dujų kryptis yra dvejopa -tangentinė ir ašinė. Šie įrenginiai pasižymi paprasta konstrukcija, kompaktiškumu, jų eksploatavimo išlaidos nedidelės, nes viduje nėra judamųjų dalių ir jų nereikia labai prižiūrėti. Ciklonų trūkumai − didelis slėgio kritimas esant didesniems įtekėjimo greičiams ir su tuo susijusios energijos sąnaudos.Hoekstra ir kt. (1999) teigia, kad skaičiuojamo-sios fluidų dinamikos (SFD, angl. Computational Fluid Dynamics) programinės įrangos naudojimas skaitiniams dujų srauto lauko skaičiavimams yra bendresnis modeliavimo būdas, geriau aprašantis ciklono veikimą.Tobulėjant kompiuteriams ir SFD metodams, taikant skaitinius sprendimus galima apskaičiuoti sudėtingus srauto laukus (Baltrėnas et al. 1997).SFD metodika − padalinti nagrinėjamą sritį į daug kontrolinių tūrių ir pakeisti dalines diferencialines lygtis jų algebriniais ekvivalentais (Baltrėnas et al. 2008;Vaitiekūnas et al. 2004). Gaunama algebrinių lygčių aibė, kurią galima išspręsti taikant iteracinius metodus ir gauti kintamųjų -greičio komponentės ir slėgio -pasiskirstymą lauke, priklausantį nuo ribinių sąlygų, apibūdinančių konkretų uždavinį (Bernardo et al. 2006). Dėl labai sudėtingų trijų dimensijų sūkurinių srautų ciklono viduje supratimas apie ciklone vykstantį kietųjų dalelių atskyrimo iš dujų srauto procesą tebėra nepakankamas, nepaisant to, kad dujų ir kietųjų dalelių suspensijos srauto judėjimas ciklonuose jau seniai yra daugelio eksperimentinių, teorinių ir skaitinių tyrimų objektas (Zhoue, Soo 1990;Hu et al. 2005;Gujun et al. 2008). Norint ištirti srauto struktūrą eksperimentiniuose ciklonuose dažnai taikomi įvairūs matavimo metodai, tačiau šių metodų trūkumai trukdo susidaryti išsamų vaizdą apie srauto sudėtingumą (Nieuwland et al. 1996;Gujun et al. 2008).Dujų ir įvairaus dydžio kietųjų dalelių srautams modeliuoti naudojamos skirtingos modeliavimo programos.Reinoldso įtempių turbulentinis (RIT) model...

No abstract