Herald of Technological University Herald of Technological University ВЕСТНИК ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 3034-4689 110861 10.55421/3034-4689_2025_28_10_66 2. Химическая технология 2. Chemical Technology 2. Химическая технология ANALYTICAL MODEL FOR ESTIMATING THE EFFECT OF GRAVITATIONAL AND CENTRIFUGAL FORCES ON PARTICLE FRACTIONATION IN AN AIR-TYPE MULTI-VORTEX DUST COLLECTOR CLASSIFIER АНАЛИТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ГРАВИТАЦИОННЫХ И ЦЕНТРОБЕЖНЫХ СИЛ НА ФРАКЦИОНИРОВАНИЕ ЧАСТИЦ В МУЛЬТИВИХРЕВОМ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЕ - КЛАССИФИКАТОРЕ ВОЗДУШНОГО ТИПА Прец М. А. Prec M. A. Зинуров Вадим Эдуардович Zinurov Vadim Eduardovich vadd_93@mail.ru Дмитриев Андрей Владимирович Dmitriev Andrey Vladimirovich ieremiada@gmail.com

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Вдовина В. А. Vdovina V. A. Казанский государственный энергетический университет Kazan State Energy University ФГБОУ ВО "Казанский государственный энергетический университет" Казань Россия ФГБОУ ВО "Казанский государственный энергетический университет" Казань Russian Federation Казанский государственный энергетический университет Казань Россия Kazan State Power Engineering University Казань Russian Federation Казанский государственный энергетический университет Россия Казанский государственный энергетический университет Russian Federation 25 12 2025 25 12 2025 28 10 66 74 24 12 2025 https://www.elibrary.ru/item.asp?id=83044294

В условиях возрастающих требований к экологической безопасности и качеству продуктов нефтехимической переработки особую актуальность приобретают технологии эффективного отделения мелкодисперсных твёрдых частиц из газовых потоков. В связи с этим возрастающий интерес вызывают компактные высокоэффективные устройства для фракционирования твердых мелкодисперсных частиц. В работе предложена конструкция мультивихревого пылеуловителя-классификатора с направляющими дугообразными элементами, позволяющая минимизировать унос мелкодисперсных частиц из аппарата за счёт снижения вероятности многократного отражения частиц от стенок в сторону соседних вихрей в кольцевом пространстве. Целью работы является оценка относительного вклада гравитационных и центробежных сил в процесс разделения частиц в мультивихревом воздушном пылеуловителе-классификаторе. Разработана аналитическая модель, описывающая движение частицы в трёхмерном вращающемся потоке, позволяющая оценить диаметр граничного зерна фракционирования в зависимости от геометрических и режимных параметров. Получено выражение для расчета безразмерного параметра S, позволяющего оценить соотношение между центробежной и гравитационной составляющими силового воздействия на частицы в вихревом потоке. Проведён численный анализ изменения параметра S при варьировании скорости истечения газа из щелей, высоты вихря и его диаметра. Получено, что при S → 0 наблюдается доминирование центробежных эффектов, тогда как при S → 1 существенное влияние начинает оказывать гравитационная составляющая. При скоростях истечения газа из щелей более 3,1 м/с и h1 = 1 мм значение параметра S становится менее 10 %, что указывает на доминирование центробежного механизма над гравитационным при сепарации частиц из газопылевого потока. Увеличение характерной высоты вихря h1 и уменьшение его диаметра ds приводят к снижению параметра S, усиливая центробежные эффекты и повышая эффективность разделения.

In the context of increasing demands on environmental safety and the quality of petrochemical processing products, technologies for the effective separation of fine particulate matter from gas streams are becoming particularly relevant. In this regard, compact, highly efficient devices for fractionation of fine solid particles are of increasing interest. The paper proposes a design of a multi-vortex dust collector classifier with guiding arc-shaped elements, which minimizes the entrainment of fine particles from the apparatus by reducing the probability of repeated reflection of particles from the walls towards neighboring vortices in the annular space. The aim of the work is to evaluate the relative contribution of gravitational and centrifugal forces to the particle separation process in a multi-vortex air dust collector classifier. An analytical model has been developed describing the motion of a particle in a three-dimensional rotating flow, which makes it possible to estimate the diameter of the boundary grain of fractionation depending on geometric and operating parameters. An expression is obtained for calculating the dimensionless parameter S, which makes it possible to estimate the ratio between the centrifugal and gravitational components of the force action on particles in a vortex flow. A numerical analysis of the change in the parameter S is carried out with varying gas flow rate from the cracks, the height of the vortex and its diameter. It is found that at S → 0, centrifugal effects dominate, whereas at S → 1, the gravitational component begins to exert a significant influence. At gas flow rates from the cracks of more than 3.1 m/s and h1 = 1 mm, the value of the parameter S becomes less than 10%, which indicates the dominance of the centrifugal mechanism over the gravitational one during the separation of particles from the gas-dust stream. An increase in the characteristic height of the vortex h1 and a decrease in its diameter ds lead to a decrease in the parameter S, enhancing centrifugal effects and increasing separation efficiency.

 МУЛЬТИВИХРЕВОЙ КЛАССИФИКАТОР ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЬ-КЛАССИФИКАТОР ВОЗДУШНЫЙ КЛАССИФИКАТОР ФРАКЦИОНИРОВАНИЕ ЧАСТИЦ СЕПАРАЦИЯ ЧАСТИЦ ИЗ ГАЗА ДИАМЕТР ГРАНИЧНОГО ЗЕРНА ВИХРЕВОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ КЛАССИФИКАЦИЯ МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ MULTI-VORTEX CLASSIFIER DUST COLLECTOR CLASSIFIER AIR CLASSIFIER PARTICLE FRACTIONATION SEPARATION OF PARTICLES FROM GAS BOUNDARY GRAIN DIAMETER VORTEX SEPARATION CLASSIFICATION OF FINE PARTICLES