بررسي تأثير ايجاد تيغه‌هاي مارپيچ در لوله خروجي هواي سيكلون بر عملكرد آن

Investigation of the effects of using ribs on cyclone’s vortex finder on its performance

مطالعات نظري و تجربي زيادي در خصوص ارتقاء عملكرد سيكلون ها انجام شده است. به‌طوركلي پارامترهاي هندسي سيكلون در تعيين عملكرد آن نقش اساسي را بر عهده دارند. لوله خروجي هوا به‌عنوان يكي از اجزاء سخت‌افزاري سيكلون، تأثير قابل‌ملاحظه‌اي در الگوي جريان داخلي سيكلون، افت فشار و حتي بازده غبارگيري دارد. روش كار: مطالعه حاضر بر روي يك سيكلون مدل استيرمند بازده بالا انجام شد. دو مدل از لوله خروجي هواي سيكلون به‌گونه‌اي طراحي و ساخته شد كه بتوان آن را به‌راحتي از سيكلون جدا و مجدد به آن اضافه نمود. درون جداره داخلي لوله هواي خروجي تيغه‌هاي مارپيچ (هم جهت و خلاف جهت با جريان هوا) تعبيه شد. فاصله طول گام در تيغه‌ها معادل 1.5 محاسبه شد. دستگاه مولد غبار، ذرات سيليس را با غلظت حدود 2.1gr/m3 به درون هواي ورودي تزريق مي‌نمود. از دستگاه شمارنده ذرات براي اندازه‌گيري غلظت ذرات استفاده شد و با استفاده از يك مانومتر، افت فشار سيكلون قرائت شد. نتايج بازده غبارگيري سيكلون براي سه گروه ذرات كل، PM10 و PM2.5 در حالات مختلف محاسبه و مورد مقايسه قرار گرفت. يافته ها: تعبيه تيغه‌هاي مارپيچي هم‌راستا با جهت جريان هواي چرخشي داخل سيكلون باعث افزايش 7.75، 7.33 و 6.75 درصدي در بازده كل،PM10 و PM2.5 شد. نتيجه بازده جمع‌آوري در حالتي كه جهت مارپيچ تيغه‌ها در خلاف جهت چرخش هواي خروجي بود به ترتيب افزايش 2.6 و 2.33 و 1.5 درصد را نشان داد. اثر تيغه‌هاي مارپيچ بر افت فشار در حالت اول (هم‌جهت) سبب كاهش افت فشار (%2.5 -) و در حالت دوم (خلاف جهت) سبب افزايش افت فشار گرديد (%2.03 +). بهترين فاكتور كيفيت نيز مربوط به سيكلون با تيغۀ هم‌راستا با جريان بود. نتيجه گيري: استفاده از تيغه‌هاي مارپيچ در ديواره داخلي لوله خروجي سيكلون بخصوص در حالتي كه هم‌راستا با جهت چرخش جريان هوا باشد با افزايش بازده غبارگيري و كاهش افت فشار در مجموع منجر به بهبود عملكرد و كيفيت سيكلون مي‌شود و در حالتي كه تيغه‌هاي مارپيچ هم‌جهت با جريان هستند سبب كاهش افت فشار در سيكلون مي‌شود.

Generally, geometrical parameters of the cyclone have a profound effect on determining its performance. The air outlet (Vortex Finder) as one of the cyclone’s components has a significant impact on the cyclone’s internal flow pattern, pressure drop and even dust removal efficiency. Material and Methods: Two different air outlets were designed in order to be easily installed and removed. The ribs (both in the opposite and the same swirl direction with the air flow) were inserted at the inner wall of the vortex finder. The step length of the blades was calculated to be 1.5. The dust feeder was injected the silica particles with a concentration about of 2.1 gr/m3 into the inlet air. The results of dust removal efficiency of the cyclone were calculated and compared for three groups of total dust, PM10 and PM2.5 in different experimental conditions. Results: Installation of spiral blades in same swirl direction as the air flow inside the cyclone increased 7.75, 7.73 and 6.75 percent in total efficiency, PM10 and PM2.5, respectively. The dust removal efficiencies for total dust, PM10 and PM2.5 increased by 2.6%, 2.33% and 1.5%, respectively, when the swirl direction of ribs and air flow was the opposite. The effect of helical blades on pressure drop for the first experimental setup (same direction) decreased by (-2.5%) and in the second one (opposite direction) increased by (+2.03%). The best quality factor was also calculated for the cyclone with the blade aligned with the air flow direction. Conclusion: Use of ribs in the inner wall of the cyclone vortex finder, especially when the rotation direction of the ribs and airflow are the same, leads to a decrease in pressure drop and increase in dust collection efficiency which finally leads to improvement of cyclone performance.