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Prediction of 10-mm Hydrocyclone Separation Efficiency Using Computational Fluid Dynamics

2003; Elsevier BV; Volume: 40; Issue: 9 Linguagem: Inglês

10.1016/s0015-1882(03)00930-3

1873-7218

Shannon Grady, G. Dale Wesson, Makola M. Abdullah, Egwu Eric Kalu,

Spacecraft and Cryogenic Technologies

It has been estimated that particles within the flow field of a 10-mm or mini-hydrocyclone experience local accelerations as high as 10 000 gravitation units. Although their operation is simple, the turbulent, swirling flow field within these devices offers a unique challenge to computational fluid dynamics (CFD). In addition to the computational challenge, very few experimental measurements have been reported in the literature on the flow field of the mini-hydrocyclone to which the CFD results may be compared. This research addresses the issue of predicting the separation efficiency of a volute entry 10-mm hydrocyclone. The feed flow rate is 4.5 litres/m (l/m) yielding a Reynolds number (based on the hydrocyclone diameter) of 9500 and a swirl number of 8.4. Using previously published flow simulation data, a multiphase system (consisting of a discrete oil phase and a continuous water phase) was analyzed for the purpose of obtaining separation information. These separation data were compared with laboratory separation experiments. Results indicate differences less than 20% for each droplet diameter. This information increased the level of confidence in the simulated flow field since there are no published velocity field data for the 10-mm hydrocyclone. Es ist daß Partikel innerhalb des Flußfeldes eines 10-mm oder mini-Hydrozyklonerfahrung die lokalen Beschleunigungen geschätzt worden, die wie 10.000 Gravitationmaßeinheiten so hoch sind. Obgleich ihr Betrieb einfach ist, bietet das turbulente, wirbelnde Flußfeld innerhalb dieser Vorrichtungen eine einzigartige Herausforderung flüssiger rechnerischdynamik an (CFD). Zusätzlich zur Berechnungsherausforderung sehr sind wenige experimentelle Maße in der Literatur auf dem Flußfeld des Mini-Hydrozyklons berichtet worden, mit dem die CFD Resultate verglichen werden können. Diese Forschung spricht den Punkt des Voraussagens der Trennung Leistungsfähigkeit eines spiralförmigen Eintragung 10-Millimeter Hydrozyklons an. Die Zufuhrströmungsgeschwindigkeit ist 4.5 LPM eine Reynolds Anzahl (basiert auf dem Hydrozyklondurchmesser) von 9.500 und eine Strudelanzahl von 8.4 erbringend. Mit kostbar erschienenen Flußsimulation Daten wurde ein Mehrphasen — System (bestehend aus einer getrennten ölphase und einer ununterbrochenen Wasserphase) mit dem Ziel das Einholen von von Trennung Informationen analysiert. Diese Trennung Daten wurden mit Labortrennung Experimenten verglichen. Resultate zeigen Unterschiede weniger als 20% für jeden Tröpfchendurchmesser an. Diese Informationen erhöhten das Niveau des Vertrauens auf dem simulierten Flußgebiet, da es keine erschienenen Geschwindigkeit Felddaten für den Hydrozyklon 10-mm gibt. On l'a estimé que des particules dans le champ d'écoulement de 10 mm, ou mini, — des accélérations locales d'expérience d'hydrocyclone aussi hautes que 10.000 unités d'attraction universelle. Bien que leur opération soit simple, le champ turbulent et tourbillonnant d'écoulement dans ces dispositifs offre un défi unique à la dynamique liquide informatique (CFD). En plus du défi informatique, très peu de mesures expérimentales ont été rapportées dans la littérature sur le champ d'écoulement de l'mini-hydrocyclone auquel les résultats de CFD peuvent Étre comparés. Cette recherche aborde la question de prévoir l'efficacité de séparation d'un hydrocyclone volute de 10millimètre d'entrée. Le débit d'alimentation est de 4.5 LPM rapportant un nombre de Reynolds (basé sur le diamètre d'hydrocyclone) de 9.500 et un nombre de remous de 8.4. En utilisant des données précieusement éditées de simulation d'écoulement, un système multiphasé (se composant d'une phase discrète d'huile et d'une phase continue de l'eau) a été analysé afin d'obtenir l'information de séparation. Ces données de séparation ont été comparées aux expériences de séparation de laboratoire. Les résultats indiquent les différences moins de 20% pour chaque diamètre de gouttelette. Cette information a augmenté le niveau de la confiance dans le domaine simulé d'écoulement puisqu'il n'y a aucune donnée éditée de champ de vitesse pour l'hydrocyclone 10 mm. Se ha estimado que las partı́culas dentro del campo del flujo de 10 mm, o mini, — las aceleraciones locales de la experiencia del hidrociclón de hasta 10.000 unidades de la gravitación. Aunque su operación es simple, el campo turbulento, que remolina del flujo dentro de estos dispositivos ofrece un desafı́o único a la dinámica flúida de cómputo (CFD). Además del desafı́o de cómputo, muy pocas medidas experimentales se han divulgado en la literatura en el campo del flujo del mini-hidrociclo'n a el cual los resultados del CFD pueden ser comparados. Esta investigación trata la aplicación predecir la eficacia de la separación de un hidrociclón volute de 10mili'metro de la entrada. El caudal de la alimentación es 4.5 LPM que rinden un número de Reynolds (basado en el diámetro del hidrociclón) de 9.500 y un número del remolino de 8.4. Usando datos precioso publicados de la simulación del flujo, un sistema polifásico (consistiendo en una fase discreta del aceite y una fase continua del agua) era analizado con el fin de obtener la información de la separación. Estos datos de la separación fueron comparados a los experimentos de la separación del laboratorio. Los resultados indican las diferencias menos el de 20% para cada diámetro de la gotita. Esta información aumentó el nivel de la confianza en el campo simulado del flujo puesto que no hay datos publicados del campo de la velocidad para el hidrociclón 10 mm.