Federal Educational and MethodologicalAssociation in the System of Higher Education «Technospheric Safety and Environmental Management» (Associate Professor)
Moskva, Moscow, Russian Federation
The phenomenon related to a loss of laminar stability of fluid flow in hydrodynamic filter’s working zone with formation of toroidal vortexes is considered. Estimated results related to numerical modeling of liquid’s stationary current in a gap between two coaxial cylinders are presented under various boundary conditions. It is shown that existence of liquid suction from rotating internal cylinder surface leads to stabilization and increase of flow’s stability margin in hydrodynamic filters. The flow stability limits depending on Taylor´s number, rotating cylinder’s angular velocity and liquid suction speed through the cylinder’s surface are defined.
flow stability, rotating cylinder, hydrodynamic filter, mathematical modeling, Taylor vortexes.
1. Введение
Для очистки жидкости от механических загрязнений в промышленности применяются гидродинамические фильтры, одной из разновидностей которых является гидродинамический вибрационный фильтр [1-2]. Принцип действия гидродинамического вибрационного фильтра основан на пропускании жидкости через кольцевой канал, образованный неподвижным цилиндрическим корпусом и вращающейся внутренней фильтровальной перегородкой, совершающей колебания вдоль оси вращения (рис. 1). Вращающаяся фильтровальная перегородка закручивает поток, тем самым обеспечивается центробежная сепарация частиц, снижается нагрузка на фильтровальный материал и увеличивается ресурс работы фильтра. При этом около 7-15% очищаемой жидкости перепускается вдоль фильтровальной перегородки. Благодаря наличию вибрации и продольной составляющей скорости, возникающей при перепуске части потока, гидродинамический вибрационный фильтр обладает возможностью саморегенерации, заключающейся в разрушении слоя осадка и непрерывном его удалении с поверхности фильтровальной перегородки. Исследованию гидродинамического фильтрования посвящено большое количество работ [1-7], однако в настоящее время остается актуальной задача определить границы применимости данного метода очистки жидкости от твердых частиц, в которых сохраняется устойчивость течения. Определение границ устойчивости течения экономически и технологически значимая задача, так как потеря устойчивости приводит к снижению эффективности очистки [7].
1. Devisilov V.A., Myagkov I.A. Gidrodinamicheskie vibratsionnye fil'try dlya regeneratsii otrabotannykh masel i nefteproduktov // Ekologiya i promyshlennost' Rossii. - 2005. - Iyul'. - S. 4-7.
2. Devisilov V.A., Sharay E.Yu. Gidrodinamika techeniya reologicheskoy slozhnoy zhidkosti v gidrodinamicheskom fil'tre // Teoreticheskie osnovy khimicheskoy tekhnologii. - 2012. - T. 46, № 6. - S. 631-638.
3. Finkel'shteyn Z. L. Primenenie i ochistka rabochikh zhidkostey dlya gornykh mashin. - M.: Nedra, 1986. - 233 s.
4. Galko S.A., Ulyukina E.A. Gidrodinamicheskie fil'tryvodootdeliteli dlya ochistki nefteproduktov // Mezhdunarodnyy tekhniko-ekonomicheskiy zhurnal. - 2011. - №2. - S. 111-115.
5. Valiulin S.S. Modelirovanie gidrodinamicheskikh protsessov v tsiklonnoy chasti fil'tra-separatora // Vestnik AGTU. Seriya: Morskaya tekhnika i tekhnologiya. - 2011. - №3. - S. 72-77.
6. Wereley S.T., Lueptow R.M. Inertial particle motion in a Taylor Couette rotating filter // Phys. Fluids. - V. 11. - Issue 2. - P. 325-334.
7. Mochalin E.V. Ustoychivost' techeniya zhidkosti snaruzhi vrashchayushchegosya setchatogo fil'troelementa // Vestnik Sumskogo gosudarstvennogo universiteta. - 2006. - № 12 (96). - S. 23-32.
8. Landau L.D, Lifshits E.M. Teoreticheskaya fizika: Uchebnoe posobie. V 10 t. T. VI. Gidrodinamika. - M.: Nauka, 1986. - 736 s.
9. Shlikhting G. Teoriya pogranichnogo sloya. - M.: Nauka, 1974. - 712 s.
10. Taylor G.I. Stability of a viscous liquid contained between two rotating cylinders // Phil.Trans. A. 223. - 1923. - P. 289-293.
11. Kochin N.E., Kibel' I.A., Roze N.V. Teoreticheskaya gidrodinamika. Ch.2. - M.: Fizmatgiz, 1963. - 728 s.
12. Cotrell D.L., Pearlstein A.J. Linear stability of spiral and annular Poiseuille flow for small radius ratio // J. Fluid Mech. 2006. V. 547. P. 1-20.
13. Takeuchi D.I., Jankowski D.F. A numerical and experimental investigation of the stability of spiral Poiseuille flow // J. Fluid Mech. 1981. V. 102. P. 101-126.
14. Mochalin E.V., Mochalina I.G. Osobennosti proyavleniya tsentrobezhnoy neustoychivosti snaruzhi vrashchayushchegosya tsilindra pri protoke zhidkosti cherez ego poverkhnost' // Vestnik natsional'nogo tekhnicheskogo universiteta «KhPI». - 2010. - № 57. - S. 108-113.
15. Mochalin E.V. Osobennosti proyavleniya tsentrobezhnoy neustoychivosti vblizi vrashchayushchegosya pronitsaemogo tsilindra // Visnik SNU im. V.Dalya. - 2011. - № 5 (159). Ch. I. - S. 310-316.
16. Maksimov F.A., Shevelev Yu.D. Uslovie periodichnosti pri modelirovanii techeniya mezhdu vrashchayushchimisya tsilindrami // Problemy gazodinamiki i teplomassoobmena v energeticheskikh ustanovkakh/ Tezisy dokladov XIX Shkoly-seminara molodykh uchenykh i spetsialistov. - M.: Izdatel'skiy dom MEI, 2013. - S. 66-67.
