Аннотация

Цель: обоснование конструктивно-технологических параметров гидроциклонов-осветлителей посредством детализированного исследования радиальной скорости в значимых сечениях, а именно при переходе от цилиндрической к конической части аппарата, в технологии очистки воды для целей орошения. 

Материалы и методы. Моделирование и исследование сложного процесса изменения радиальной скорости осуществлено в два этапа. На первом этапе численным методом на базе комплекса программных продуктов ParaView и OpenFOAM был осуществлен эксперимент на гидроциклоне-осветлителе диаметром 170 мм, установлен предел изменения радиальной скорости при заданной скорости на входе в аппарат и получена база данных в виде матрицы. На втором этапе полученный массив экспериментальных данных, описывающих изменение скорости, отражающих физику происходящих процессов, был подвергнут цифровому анализу для получения зависимостей и экстремумов функции. 

Результаты. В ходе эксперимента и цифрового анализа установлено, что экстремальное наименьшее значение радиальной скорости наблюдается у стенки аппарата в точке минус 76 при скорости на входе в гидроциклон, равной 13,06 м/с. При определенных условиях радиальная скорость имеет нулевое значение; например, для аппарата диаметром 170 мм в сечении минус 50 мм при переходе из цилиндрической в коническую часть данное явление установлено при скорости на входе в гидроциклон, равной 18,75 м/с. 

Выводы. Обобщены данные об изменении радиальной скорости в гидроциклоне-осветлителе в зависимости от скорости на входе в аппарат в каждой точке слева и справа от воздушного шнура. Данные исследования позволят в будущем смоделировать оптимальные конструктивно-технологические параметры гидроциклона-осветлителя для заданных натурных условий, что даст возможность довести качество воды до требований, приемлемых для орошения.

doi: 10.31774/2712-9357-2024-14-4-258-281

Для цитирования

Дегтярев Г. В., Дегтярева О. Г., Николов О. О. Исследование радиальной скорости низконапорного гидроциклона – осветлителя вод поверхностного стока // Мелиорация и гидротехника. 2024. Т. 14, № 4. С. 258–281. https://doi.org/10.31774/2712-9357-2024-14-4-258-281.

Список литературы

1. Семенов А. В., Латышев Н. С., Петрук Р. В. Современные решения аккумуляции и очистки дождевых и талых вод // Водоснабжение и санитарная техника. 2023. № 9. С. 56–59. DOI: 10.35776/VST.2023.09.09. EDN: IELGXZ.

2. Лагуткин М. Г., Баранова Е. Ю., Пигарев В. М. Очистка оборотной воды от механических примесей в цилиндроконических гидроциклонах с приемным бункером // Безопасность труда в промышленности. 2013. № 3. С. 24–28. EDN: PWUKMP.

3. Пат. 2356631 Рос. Федерация, МПК B 03 C 1/16. Ленточный магнитный сепаратор / Епутаев Г. А., Данилова М. Г., Варламов Б. С.; заявитель и патентообладатель Сев.-Кавк. гор.-металлург. ин-т (гос. технол. ун-т). № 2007147330/03; заявл. 18.12.07; опубл. 27.05.09, Бюл. № 15. 4 с. EDN: FBQIUX.

4. Разработка двухкамерного гидроциклона для узлов водоподготовки оросительных систем / М. И. Ламскова, А. Е. Новиков, М. И. Филимонов, С. В. Бородычев // Пути повышения эффективности орошаемого земледелия. 2020. № 3(79). С. 104–109. EDN: COAOLS.

5. Байманов К. И., Назарбеков К. К., Байманов Р. К. Исследование режима работы ирригационных отстойников в нижнем течении реки Амударья // Мелиорация и водное хозяйство. 2020. № 2. С. 10–14. EDN: AVVFSC.

6. Аппаратурное оформление совмещенных процессов в технологии водоподготовки / В. В. Бородычев, А. Е. Новиков, М. И. Ламскова, М. И. Филимонов // Новые технологии. 2020. Т. 16, № 5. С. 55–62. DOI: 10.47370/2072-0920-2020-16-5-55-62. EDN: AANTMR.

7. Пат. 2350395 Рос. Федерация, МПК B 03 C 1/04. Магнитный центробежный сепаратор / Епутаев Г. А., Данилова М. Г., Варламов Б. С.; заявитель и патентообладатель Сев.-Кавк. гор.-металлург. ин-т (гос. технол. ун-т). № 2007143747/03; заявл. 26.11.07; опубл. 27.03.2009, Бюл. № 9. 6 с. EDN: ZHHVBZ.

8. Минигазимов Н. С. Нефть и тяжелые металлы (экологические аспекты) // Башкирский экологический вестник. 1999. № 2. С. 24–29. EDN: ROHBKP.

9. Моделирование процессов разделения неоднородных жидкостных систем в гидроциклоне с учетом критериев подобия / А. Б. Голованчиков, А. Е. Новиков, М. И. Ламскова, М. И. Филимонов // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2018. № 2. С. 34–38. EDN: NBDNJI.

10. Оптимизация конструктивно-режимных параметров гидроциклона с учетом натурных исследований / М. И. Ламскова, М. И. Филимонов, Ю. И. Сухарев, А. Е. Новиков, С. В. Бородычев // Природообустройство. 2020. № 4. С. 61–67. DOI: 10.26897/1997-6011/2020-4-61-67. EDN: DPRCLT.

11. Ламскова М. И., Филимонов М. И., Новиков А. Е. Использование закрученных потоков и сорбционных эффектов при водоочистке в низконапорных оросительных системах с локальной подачей // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации [Электронный ресурс]. 2016. № 4(24). С. 189–201. URL: https:rosniipm-sm.ru/article?n=1122 (дата обращения: 20.06.2024). EDN: WZWFJB.

12. Дегтярев Г. В. Сравнительный анализ процессов в низконапорных гидроциклонах-осветлителях различных модификаций // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2006. № 6. С. 115–118. EDN: HTNFKF.

13. Yablonskiy V. O. Modeling of viscoplastic fluids separation in a cylindroconical hydrocyclone by pressure flotation // Chemical and Petroleum Engineering. 2023. Vol. 59, № 3–4. P. 191–197. https:doi.org/10.1007/s10556-023-01227-z. EDN: HQSSFJ.

14. Дегтярев Г. В. Статистические математические модели процессов в низконапорных гидроциклонах в зависимости от конструктивных и технологических факторов // Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2006. № 3. С. 202–212. EDN: JUGVHV.

15. Yablonskiy V. O. Modeling the effect of design parameters of a cylindrical hydrocyclone on flotation cleaning performance of viscoplastic fluids // Chemical and Petroleum Engineering. 2023. Vol. 58, № 9–10. P. 831–838. https:doi.org/10.1007/s10556-023-01169-6. EDN: MLJYTK.

16. Епутаев Г. А., Данилова М. Г., Варламов Б. С. Траектории движения магнитных частиц в дисковом сепараторе при мокром обогащении железосодержащих материалов // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2009. № S16. С. 529–537. EDN: MDWYVR.

17. Лагуткин М. Г., Михальченкова А. Н., Бутрин М. М. Смешение пенообразующих жидкостей в гидроциклонах // Безопасность труда в промышленности. 2016. № 9. С. 26–32. EDN: WKNJEB.

18. Результаты исследования влияния конструктивных элементов биконического гидроциклона на качество механической очистки жидкостей / Ю. А. Изюмов, Н. А. Тортика, Е. С. Киреева, А. А. Краснов // Совершенствование методов гидравлических расчетов водопропускных и очистных сооружений. 2022. Т. 1, № 1(47). С. 16–23. EDN: AROJRL.

19. Дегтярев В. Г., Дегтярева О. Г., Дегтярев Г. В. Исследование распределения порового давления под подземной плотиной в горной долине при аккумулировании атмосферных осадков // Мелиорация и гидротехника [Электронный ресурс]. 2023. Т. 13, № 4. С. 396–412. URL: https:rosniipm-sm.ru/article?n=1417 (дата обращения: 20.06.2024). DOI: 10.31774/2712-9357-2023-13-4-396-412. EDN: ZNGLCO.

20. Дегтярев В. Г., Дегтярева О. Г., Секисов А. Н. Исследование полных напряжений в теле водовода прямоугольного поперечного сечения, расположенного на глинистом основании // Мелиорация и гидротехника [Электронный ресурс]. 2023. Т. 13, № 2. С. 299–317. URL: https:rosniipm-sm.ru/article?n=1369 (дата обращения: 20.06.2024). DOI: 10.31774/2712-9357-2023-13-2-299-317. EDN: KAWIVU.