Расчетное и экспериментальное определение ресурса работы гидродинамического фильтра

Аннотация

Проблемы эффективного использования фильтров связаны с ограниченным ресурсом их работы и необходимостью периодической регенерации при достижении максимально допустимого перепада давления на фильтровальной перегородке. Для увеличения ресурса работы предложены гидродинамические фильтры, сочетающие в себе ряд механизмов отделения твердой фазы, в частности, гидродинамическая сепарация за счет центробежных сил и смыва твердого осадка и фильтрования через проницаемую перегородку. Существует необходимость расчетного определения ресурса работы фильтров такого типа в зависимости от режимных параметров и характеристик очищаемой среды. На основе программного гидродинамического комплекса разработана расчетная модель для определения изменения перепада давления на фильтровальной перегородке с течением времени по мере нарастания осадка твердых загрязнений. Для оценки адекватности расчетной модели экспериментально определено увеличение перепада давления, тем самым подтверждены результаты расчетов. Разработан и создан экспериментальный стенд для испытаний, позволяющий проводить исследования в широком диапазоне режимных параметров фильтра и характеристик очищаемой среды. Выявлено удовлетворительное совпадение результатов экспериментов и расчетных данных. Проведена верификация предложенного машинного моделирования для определения перепада давления на фильтровальной перегородке, что позволяет прогнозировать ресурс работы фильтра, выбор режимных и конструктивных параметров, а также циклов фильтрования и регенерации

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Александров А.А., Девисилов В.А., Фролов Н.П. Расчетное и экспериментальное определение ресурса работы гидродинамического фильтра. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2025, № 4 (155), c. 43--59. EDN: LFSYLO

Литература

[1] Ильющенко А.Ф., Черняк И.Н., Жегздринь Д.И. и др. Регенерация порошковых фильтрующих элементов в процессе фильтрации водной суспензии гидрогумата торфа. Современные проблемы освоения новой техники, технологий, организации технического сервиса в АПК. Матер. Междунар. науч.-практ. конф. "Белагро--2018". Минск, БГАТУ, 2018, с. 168--172.

[2] Камалетдинов Р.С., Лазарев А.Б. Обзор существующих методов борьбы с мехпримесями. Инженерная практика, 2010, № 2, с. 6--13.

[3] Мочалин Е.В., Мочалина И.Г. Эффективность сепарации взвешенных примесей вращающимся фильтроэлементом. Вестник НТУ ХПИ, 2011, № 10, с. 3--9.

[4] Девисилов В.А., Мягков И.А. Теоретические подходы к расчету гидродинамического вибрационного фильтра. Известия Самарского научного центра Российской академии наук, 2012, т. 14, № 1-3, с. 860--865. EDN: QLIQRV

[5] Бревнов А.А. Совершенствование гидродинамических фильтров за счет закрутки потока в кольцевой области снаружи фильтроэлемента. Дис. ... канд. техн. наук. Сумы, СумГУ, 2009.

[6] Frolov N.P., Devisilov V.A. Investigation of the pressure drop on the filtration and protective baffles of a hydrodynamic vibration filter using ANSYS CFX. IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sc., 2021, vol. 815, art. 012008. DOI: https://doi.org/10.1088/1755-1315/815/1/012008

[7] Александров А.А., Девисилов В.А., Шарай Е.Ю. Численное исследование течения жидкости между проницаемыми вращающимися цилиндрическими поверхностями. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2020, № 1 (88), c. 32--45. EDN: IOZZOR. DOI: http://dx.doi.org/10.18698/1812-3368-2020-1-32-45

[8] Белуков А.А. Фильтр с непрерывной регенерацией. Патент РФ 2651210. Заявл. 26.07.2017, опубл. 18.04.2018.

[9] Девисилов В.А., Мягков И.А. Гидродинамическое вибрационное фильтрование и конструкции фильтров. Безопасность жизнедеятельности, 2004, № 7, с. 37--47.

[10] Фетисова Е.Г., Голованчиков А.Б., Милова Д.А. Перспективные конструкции фильтрующих центрифуг для псевдопластических жидкостей. Известия Волгоградского государственного технического университета, 2010, т. 3, № 1, с. 86--88. EDN: KZGZNP

[11] Devisilov V., Sharai E. Numerical investigation of two-phase media separation in the hydrodynamic filter. IOP Conf. Ser.: Mater. Sc. Eng., 2019, vol. 492, art. 012004. DOI: https://doi.org/10.1088/1757-899X/492/1/012004

[12] Девисилов В.А., Шарай Е.Ю. Сепарация частиц в кольцевом конфузорном канале с внутренней вращающейся проницаемой перегородкой. ТВТ, 2018, т. 56, № 4, с. 597--602. DOI: https://doi.org/10.31857/S004036440002713-8

[13] Девисилов В.А., Львов В.А., Шарай Е.Ю. Модель процесса разделения суспензий в гидродинамических фильтрах с вращающимся фильтрующим элементом. Безопасность в техносфере, 2020, т. 9, № 3, с. 48--56. DOI: https://doi.org/10.12737/1998-071X-2021-9-3-48-56

[14] Девисилов В.А., Мягков И.А., Шарай Е.Ю. Исследование гидродинамического вибрационного фильтрования и разработка конструкции фильтра. Известия Самарского научного центра Российской академии наук, 2012, т. 14, № 1-3, с. 866--876. EDN: QLIQSF

[15] Сугак Е.В., Сугак А.В. Моделирование турбулентных закрученных потоков. Современные проблемы науки и образования, 2013, № 1. URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=8312

[16] Миньков Л.Л., Дик И.Г. CFD-modeling of a flow in a hydrocyclone with an additional water injector. Компьютерные исследования и моделирование, 2011, т. 3, № 1, с. 63--76. DOI: https://doi.org/10.20537/2076-7633-2011-3-1-63-76

[17] Фролов Н.П., Девисилов В.А. Компьютерное моделирования гидродинамической очистки жидкости от механических загрязнений. VI Междунар. науч.-практ. конф. молодых ученых по проблемам техносферной безопасности. М., РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2024, с. 164--169.

[18] Сираев Р.Р. Фильтрация жидкости в пористой среде Форцгеймера с пространственно неоднородными пористостью и проницаемостью. Вычислительная механика сплошных сред, 2019, т. 12, № 3, с. 281--292. DOI: https://doi.org/10.7242/1999-6691/2019.12.3.24

[19] Дербунович Г.И., Земская А.С., Репик Е.У. и др. К вопросу о гидравлическом сопротивлении сеток. Ученые записки ЦАГИ, 1980, т. 11, № 2, с. 133--136. EDN: NCQTEP

[20] Koch K., Revil A., Holliger K. Relating the permeability of quartz sands to their grain size and spectral induced polarization characteristics. Geophys. J. Int., 2012, vol. 190, no. 1, pp. 230--242. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2012.05510.x

[21] Bear J. Dynamics of fluids in porous media. New York, Elsevier, 1972.

[22] Девисилов В.А., Шарай Е.Ю. Сепарация частиц в кольцевом конфузорном канале с внутренней вращающейся проницаемой перегородкой. ТВТ, 2018, т. 56, № 4, с. 597--602. DOI: https://doi.org/10.31857/S004036440002713-8

[23] Александров А.А., Девисилов В.А., Шарай Е.Ю. и др. Влияние геометрических параметров рабочего канала гидродинамического фильтра с защитной перегородкой на структуру течения среды. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2018, № 2 (77), с. 23--38. EDN: YWLZAF. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2018-2-23-38

[24] Девисилов В.А., Новиков Ю.М., Большаков В.А. Комбинированные пористые сетчатые металлы и изделия из них. Безопасность в техносфере, 2020, т. 9, № 2, с. 43--48. DOI: https://doi.org/10.12737/1998-071X-2021-9-2-43-48