доктор технических наук;
doctor of technical sciences;
В условиях ужесточения экологических нормативов по выбросам мелкодисперсных твердых частиц и роста доли технологических операций, связанных с обращением дисперсных материалов, особую актуальность приобретают энергоэффективные методы сухой газоочистки и фракционирования. Дополнительным фактором актуальности является необходимость обеспечения высокой селективности разделения при минимальном гидравлическом сопротивлении аппаратов, что напрямую определяет эксплуатационные и энергетические затраты промышленных систем. В работе проведено численное исследование инерционно-вихревого классификатора с соосно расположенными трубами, предназначенного для улавливания и разделения мелкодисперсных частиц в пылегазовых потоках. Отдельный практический интерес рассматриваемое устройство представляет для фракционирования металлических порошков, используемых в аддитивных технологиях изготовления элементов газотурбинного оборудования, где гранулометрический состав оказывает существенное влияние на стабильность процесса печати и воспроизводимость эксплуатационных характеристик деталей. Целью работы является оценка влияния соотношений площадей входа в аппарат, межтрубного пространства и входа в систему труб на фракционную эффективность улавливания частиц и гидравлическое сопротивление аппарата. Численное моделирование выполнено в программном комплексе ANSYS Fluent в трехмерной постановке с использованием модели турбулентности k-ω SST и лагранжевой модели дисперсной фазы (DPM). Проведено параметрическое варьирование соотношений характерных площадей входного сечения, межтрубного пространства и системы отвода мелкодисперсной фракции. Показано, что изменение базовой компоновки и отдельных геометрических параметров позволяет целенаправленно управлять положением области резкого роста фракционной эффективности в диапазоне размеров частиц 5-55 мкм, а также регулировать уровень потерь давления в широком интервале значений. Установлено, что достижение высоких показателей улавливания мелкодисперсной фракции возможно без усложнения конструкции и применения подвижных элементов, исключительно за счет геометрической настройки проточного тракта, что подтверждает перспективность предложенного классификатора для задач сухой газоочистки и классификации дисперсных материалов.
Under increasingly stringent environmental regulations on emissions of fine particulate matter and the growing share of technological operations involving the handling of dispersed materials, energy-efficient methods of dry gas cleaning and particle classification are becoming particularly important. An additional driver of relevance is the need to achieve high separation selectivity at minimal hydraulic resistance, which directly determines the operational and energy costs of industrial systems. This study presents a numerical investigation of an inertial-vortex classifier with coaxially arranged tubes, designed for the capture and separation of fine particles from dust-laden gas flows. The proposed device is of particular practical interest for the fractionation of metallic powders used in additive manufacturing of gas turbine components, where particle size distribution has a significant impact on process stability and the reproducibility of the mechanical and functional properties of printed parts. The objective of the work is to assess the influence of the ratios between the inlet cross-sectional area, the inter-tube annular space, and the inlet area of the tube system on the fractional capture efficiency and hydraulic resistance of the classifier. Numerical simulations were performed in the ANSYS Fluent software package using a three-dimensional formulation, the k-ω SST turbulence model, and a Lagrangian description of the dispersed phase based on the Discrete Phase Model (DPM). A parametric study was carried out by varying the ratios of the characteristic areas of the inlet section, the annular inter-tube region, and the fine-particle outlet system. The results demonstrate that changes in the basic layout and individual geometric parameters enable targeted control of the sharp rise region of fractional efficiency within the particle size range of 5-55 μm, as well as effective regulation of pressure losses over a wide range. It is established that high capture efficiency for fine particles can be achieved without structural complication or the use of moving parts, solely through geometric tuning of the flow path, confirming the prospects of the proposed classifier for dry gas cleaning and classification of dispersed materials.