• 製品案内
  • 受託解析・開発
  • 実績・事例
  • セミナー
  • サポート
  • 資料ダウンロード
  • お問い合わせ
  • ホーム
  • 実績・事例
  • サイクロンセパレータ内部の空気流れにおける粒子の分離過程の把握

サイクロンセパレータ内部の空気流れにおける粒子の分離過程の把握

サイクロンセパレータ内部の空気流れにおける粒子の分離過程の把握

● 概要

サイクロンセパレータとは流体中に混在している粒子を分離するための装置です。粒子を大きさ毎に正確に分離することは困難ですが、低コストであり可動部がなく保守が容易であることから、正確な粒子分離の前処理として産業界で広く使用されています。ここでは典型的なLapple型サイクロンセパレータを対象として装置内の流れの様子を解析してみました。解析の結果、流れ場の特性( 速度分布 ,圧力分布 等 )、および粒径の違いによる挙動を把握することが出来ました。これらの結果により装置の改善指針を得ることが出来ます。


● 解析手法

空気流れをナビエストークス式(オイラー座標系)で計算し、粒子はラグランジュ座標系で追跡する方法を使用しました。空気に対する粒子の影響はナビエストークス式中のソース項として表されます。この計算手法はDPM(discrete phase model)法と呼ばれています。

サイクロンセパレータのような強い旋回を伴う流れでは、渦粘度を定数として扱う乱流モデル不適切であり、レイノルズ応力の非等方性を考慮することが必要です。ここでは以下に示すレイノルズ応力輸送方程式モデルに基づき計算を行いました。

http://www.rccm.co.jp/development/fluid/formula_50percent.jpg


● 解析条件

一般的に粒子は様々な粒径のものが含まれていますが、ここでは粒径の分布は rosin-rammler分布に従うとしました。この分布は下式で表されます。

formula_50percent_2.jpg

今回の解析では、最小粒径1[μm] ,最大粒径100[μm] ,平均粒径10[μm] ,スプレッドパラメータn=3.5、粒径分割数10個(粒子を粒径に応じて10種類に分級)とし、サクロンセパレータへの流入速度は 20[m/s]としました。


● 解析結果

解析に使用したモデルを以下に示します。

model.jpg


解析モデル 上部メッシュ断面図
ANSYS ICEM CFDにて作成

mesh.jpg


要素種類:Tetra/Prism


以下の、サイクロンの鉛直断面における静圧コンター図を見ると遠心力のため中心軸付近で圧力が低くなっており、周囲壁面で圧力が高くなっていることが分かります。また、サイクロン中心軸付近のz方向(軸方向)流速成分コンター図を見ると、サイクロンの上部では上昇流、下部では下降流が生じていることが分かります。

result_1.jpg


次に粒径が異なる場合の典型的な粒子の挙動を示します。粒径が小さい場合には粒子は上方の流出口から出ていきます。一方粒径が大きくなると粒子はサイクロンの外壁に沿って旋回し、装置内で滞留する傾向があります。これは粒子に作用している遠心力、壁面からの反力、重力が釣り合うためです。このような粒子の挙動は現実のサイクロンでも観察されています。

result_2.jpg



最後に上記左端の粒径1[μm] のケースのアニメーションを以下に示します。

d10.gif

                                       粒径1[μm]の粒子の挙動


関連資料ダウンロード

流体解析 お問い合わせ

ご相談・ご質問、技術的なご質問、お見積り依頼(年度内※急ぎ、来年度予算)など、下記よりお問合せください。

お問い合わせ/資料請求



お探しの情報がみつからないお客様へ

ソフトの機能や解析の内容をお探しでしたら、こちらからお問合せください
RCCMでは、委託での解析業務や、受託によるソフトウェアの開発も行っております。

関連情報