УДК 621.926.88

 

Федарович Евгений Геннадьевич – аспирант кафедры процессов и аппаратов химических производств. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: zhenya.fedorovich.1999@mail.ru

Левданский Александр Эдуардович – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой процессов и аппаратов химических производств. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: alex_levdansky@mail.ru

Ковалева Анастасия Александровна – аспирант кафедры процессов и аппаратов химических производств. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: nastya.covaleva1969@mail.ru

Нурмухамедов Хабибулла Сагдуллаевич – профессор кафедры технологических машин и оборудования. Ташкентский химико-технологический институт (100011, г. Ташкент, ул. Навои, 32, Республика Узбекистан). E-mail: has-bek@mail.ru

 

DOI: https://doi.org/ 10.52065/2520-2669-2024-283-7.

 

Ключевые слова: ударно-центробежная мельница, моделирование, модель турбулентности, воздушный поток, кинетическая энергия турбулентности.

Для цитирования: Федарович Е. Г., Левданский А. Э., Ковалева А. А., Нурмухамедов Х. С. Использование математических моделей турбулентности для определения газодинамических характеристик ударно-центробежной мельницы // Труды БГТУ. Сер. 2, Химические технологии, биотехнологии, геоэкология. 2024. № 2 (283). С. 50–58. DOI: 10.52065/2520-2669-2024-283-7.

Аннотация

В статье рассмотрена аэродинамика ударно-центробежной мельницы. Посредством численного трехмерного моделирования проведены теоретические исследования использования математических моделей турбулентности для определения газодинамических характеристик ударно-центробежной мельницы. В работе исследовались наиболее распространенные в настоящее время модели турбулентности с двумя дифференциальными уравнениями: стандартная модель турбулентности k-ε, модель Baseline, модель Shear Stress Transport. Трехмерное численное моделирование включало в себя построение трехмерной геометрической модели ударно-центробежной мельницы с заданием расчетной области, построение гексагональной расчетной сетки в полученной расчетной области, задание граничных условий на входном и выходном патрубках и проведение вычислений с последующей обработкой полученных данных. Определены аэродинамические характеристики воздушного потока ударно-центробежной мельницы, такие как массовый расход воздуха, степень повышения давления, температура воздуха, средняя скорость воздушного потока в входному патрубке, средняя скорость воздушного потока на внутренних и внешних кромках разгонных лопаток. Построены графические зависимости влияния частоты вращения рабочего органа мельницы на скорость воздушного потока в рабочей камере мельницы, а также на значения кинетической энергии турбулентности. На основании значений кинетической энергии турбулентности дана характеристика структуры воздушного потока в межлопаточной области при использовании исследуемых моделей турбулентности. Представлено сравнение теоретических и экспериментальных данных определения массового расхода воздуха в выходном патрубке ударно-центробежной мельницы при разной частоте вращения ротора. По результатам проведенных теоретических исследований сделан вывод о пригодности исследуемых моделей турбулентности для моделирования аэродинамики в ударно-центробежной мельнице.

Скачать

Список литературы

1. Bai Y., Appiah D., Tao Y. Computational turbulent flow characteristics in a centrifugal pump // AIP Advances. 2022. Vol. 12, issue 7. 14 p. DOI: 10.1063/5.0100915.
2. Duraisamy K., Iaccarino G., Xiao H. Turbulence modeling in the age of data // Annul Review of Fluid Mechanics. 2019. Vol. 51. P. 357– 377. DOI: 10.1146/annurev-fluid-010518-040547.
3. Турубаев Р. Р., Шваб А. В. Численное исследование аэродинамики закрученного турбулентного течения и процесса классификации частиц в вихревой камере центробежного аппарата // Вестник Tомского государственного университета. 2020. № 65: Математика и механика. С. 137–147. DOI: 10.17223/19988621/65/11.
4. Новицкий Б. Б. Сравнение методов замыкания при моделировании течения в малоразмерном центробежном компрессоре // Наука и образование (МГТУ им. Н. Э. Баумана). 2015. № 6. С. 67–82. DOI: 10.7463/0615.0778604.
5. Карлов А. М., Куфтов А. Ф. Отработка методики численного моделирования трехмерного вязкого течения в осерадиальном колесе центробежного компрессора в программном комплексе ANSYS CFX // Наука и образование (МГТУ им. Н. Э. Баумана). 2012. № 11. С. 69–80. DOI: 10.7463/1112.0465832.
6. Гамбургер Д. М. Численное моделирование течения вязкого газа в центробежной компрессорной ступени: методика и результаты: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.04.06. СПб., 2009. 16 с.
7. Белов И. А., Исаев С. А. Моделирование турбулентных течений: учеб. пособие. СПб.: БГТУ, 2001. 108 с.
8. Коркодинов Я. А. Обзор семейства k-ε моделей для моделирования турбулентности // Вестник Пермского национального политехнического университета. 2013. Т. 15. № 2: Машиностроение, материаловедение. С. 5–16.
9. Wilcox D. C. Reassessment of the scale determining equation for advanced turbulence models // AIAA Journal. 1988. Vol. 26, no. 11. P. 1299–1310. DOI: 10.2514/3.10041.
10. Применение различных моделей турбулентности для расчета несжимаемых внутренних течений / П. А. Баранов [и др.] // Ученые записки ЦАГИ. 2017. Т. 48, № 1. С. 26–36. DOI: 10.1615/ TsAGISciJ.2017020750.
11. Вихревая мельница: пат. KZ 34889 / А. Э. Левданский, Э. И. Левданский, Е. Г. Федарович, В. Г. Голубев, Д. Сарсенбекулы, Д. К. Жумадуллаев. Опубл. 19.02.2021.
12. Галеркин Ю. Б., Гамбургер Д. М., Епифанов А. А. Анализ течения в центробежных компрессорных ступенях методами вычислительной гидрогазодинамики // Компрессорная техника и пневматика. 2019. № 3. С. 22–32.
13. Селезнев К. П., Галеркин Ю. Б. Центробежные компрессоры. СПб.: Машиностроение, 1982. 271 с.
14. Галеркин Ю. Б. Турбокомпрессоры. Рабочий процесс, расчет и проектирование проточной части. М.: Информационный издательский центр КХТ, 2010. 762 с.

Поступила 06.05.2024