Аннотация

Цель: исследовать распределение радиальной скорости внутреннего потока по длине конической части цилиндроконического гидроциклона – осветлителя оросительной воды и обосновать возможность управления гидравлической структурой потока регулируемой сливной насадкой. 

Материалы и методы. Трехмерную модель аппарата (диаметр и длина цилиндрической части 180 мм, длина конуса 420 мм, угол конусности 20°) построили в AutoCAD; расчетную сетку с размером ячейки 1,5 мм сгенерировали в cfMesh. Гидродинамический расчет выполняли в OpenFOAM по осредненным уравнениям Навье – Стокса с моделью турбулентности SSTk–ω при давлениях на входе 200, 300 и 400 кПа. Радиальную скорость анализировали в характерных сечениях конуса для двух вариантов – без насадки и с запатентованной коаксиальной спиральной насадкой при относительной проходной площади щели K = 0,7–1,0; зависимости аппроксимировали полиномом второй степени (МНК, wxMaxima). 

Результаты. Установлено, что изменение радиальной скорости по длине конуса неравномерно: на большей части конуса |Vрад| не превышает ~ 1,4 м/с, тогда как максимальный размах локализован в зоне сопряжения конической и цилиндрической частей (сечение 0,42 м), где Vрад изменяется от минус 4,99 до плюс 3,22 м/с (400 кПа). Установка регулируемой насадки устраняет глубокий отрицательный экстремум в зоне сопряжения, формируя направленный к периферии переток (до плюс 4,35 м/с), и усиливает радиальный перенос в средней части конуса (до плюс 1,98 м/с в сечении 0,28 м); изменение K в диапазоне 0,7–1,0 обеспечивает плавное регулирование. 

Выводы. Радиальная скорость максимально изменяется в зоне сопряжения; регулируемая сливная насадка позволяет целенаправленно управлять гидравлической структурой внутреннего потока, что создает предпосылки для повышения качества осветления оросительной воды.

doi: 10.31774/2712-9357-2026-16-3-347-369

Для цитирования

Дегтярев Г. В., Дегтярева О. Г., Головко В. А. Исследование распределения радиальной скорости внутреннего потока в конической части гидроциклона-осветлителя // Мелиорация и гидротехника. 2026. Т. 16, № 3. С. 347–369. https://doi.org/10.31774/2712-9357-2026-16-3-347-369.

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. Эффективность и расходные характеристики гидроциклона с фильтрующим сливным патрубком / М. И. Ламскова, М. И. Филимонов, А. Е. Новиков, С. В. Бородычев // Мелиорация и гидротехника. 2021. Т. 11, № 4. С. 34–48. DOI: 10.31774/2712-9357-2021-11-4-34-48. EDN: OOOTOK.

3. 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.

4. Терновский И. Г., Кутепов А. М. Гидроциклонирование. М.: Наука, 1994. 350 с.

5. Шестов Р. Н. Гидроциклоны. Л.: Машиностроение, 1967. 80 с.

6. An overview of operating parameters and conditions in hydrocyclones for enhanced separations / J. Tian, L. Ni, T. Song, J. Olson, J. Zhao // Separation and Purification Technology. 2018. Vol. 206. P. 268–285. DOI: 10.1016/j.seppur.2018.06.015. EDN: VFXTGZ.

7. Numerical analysis of the flow field and separation performance in hydrocyclones with different vortex finder wall thickness / Q. Zhao, B. Cui, D. Wei, T. Song, Y. Feng // Powder Technology. 2019. Vol. 345. P. 478–491. DOI: 10.1016/j.powtec.2019.01.030. EDN: XIFRXF.

8. Моделирование процесса гидроциклонирования частиц «легких» фракций на фильтрующей поверхности сливного патрубка / А. Б. Голованчиков, М. И. Ламскова, А. Е. Новиков, М. И. Филимонов // Теоретические основы химической технологии. 2022. Т. 56, № 2. С. 236–243. DOI: 10.31857/S0040357122020075. EDN: BKYROC.

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. Моделирование гидродинамических процессов в центробежном поле гидроциклонов: монография / А. Б. Голованчиков, А. Е. Новиков, М. И. Ламскова, М. И. Филимонов. Волгоград: ВолгГТУ, 2017. 200 с. EDN: XQKTCI.

11. 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. DOI: 10.1007/s10556-023-01227-z. EDN: HQSSFJ.

12.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. DOI: 10.1007/s10556-023-01169-6. EDN: MLJYTK.

13. 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.

14. Golovko V. A., Degtyarev G. V., Nepshekueva T. S. Investigation of tangential velocity of hydrocyclone-separator of construction inert materials // Current Studies of Kuban SAU Young Science Students: collection of articles. Krasnodar: Kuban State Agrarian University, 2025. P. 34–45. EDN: IPYGCB.

15. Головко В. А., Кветенадзе К. В. Исследование внутренних суммарных гидродинамических токов в гидроциклоне-сепараторе инертных материалов // Сборник статей по материалам ежегодной научно-практической конференции преподавателей по итогам НИР за 2024 год. Краснодар: Куб. гос. аграр. ун-т им. И. Т. Трубилина, 2025. С. 155–157. EDN: MJVFFT.

16. Дегтярев Г. В., Головко В. А. Гидроциклонирование как эффективный процесс разделения обрабатываемой среды по плотности // Современные исследования в области техники и технологий: сб. ст. Междунар. науч.-практ. конф. Симферополь: Ариал, 2025. С. 318–322. EDN: MFYQGN.

17. Дегтярев Г. В., Дегтярева О. Г., Головко В. А. Исследование поведения радиальной скорости в зоне стыка цилиндрической и конической части гидроциклона-осветлителя // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П. А. Костычева. 2025. Т. 17, № 2. С. 67–76. DOI: 10.36508/RSATU.2025.84.64.010. EDN: ECZILF.

18. Яблонский В. О. Математическая модель и анализ влияния режимных параметров гидроциклона на показатели процесса разделения вязкопластических сред двухстадийной флотацией // Вестник Томского государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика. 2025. № 71. С. 48–57. DOI: 10.17223/19988605/71/5. EDN: HMKFPM.

19. Numerical study on the separation performance of hydrocyclones with different secondary cylindrical section diameters / D. Hou, P. Liu, Q. Zhao, L. Jiang, B. Cui, D. Wei // Processes. 2023. Vol. 11, № 9. Art. 2542. DOI: 10.3390/pr11092542. EDN: MIIAME.

20. Vortex finder diameter and depth effects on the separation performance of hydrocyclone / Y. Zhang, M. Xu, W. Hu, X. Xu, Q. Zhang // Chemical Engineering Research and Design. 2023. Vol. 195. P. 181–191. DOI: 10.1016/j.cherd.2023.05.052. EDN: FONCAL.