Cylindrical flow swirler with extended blade chord

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Development of vortex apparatuses — devices for swirling flows of liquids and gases — remains an urgent scientific and engineering task. The design of counter vortex damper flow swirling apparatus at the idle water outlet of Belorechenskaya hydroelectric power plant (HPP) is considered. The purpose of the study is to develop an effective counter vortex damper of excess kinetic energy of water flow.Materials and methods. Analytical methods of classical hydro-mechanics are used. The conceptual basis of the research is the fundamental equality of the geometric characteristic of the vortex apparatus by Abramovich (the Abramovich number) to the Chigier-Beer swirl number.Results. It has been found that geometrical characteristic of the cylindrical vane swirler does not depend on radius of exit edges of blades which swirl the flow, but depends on the angle of bevel of blades at this radius. It allows, according to fundamental equality of Abramovich and Chigier-Beer numbers, either to shift the blades along the swirl chamber radius or to perform them with elongated chord, leaving the hydraulic characteristics of the swirl apparatus and swirled flow unchanged, preserving the bevel angle. Lengthening the chord of the vortex apparatus blades increases the reliability and quality of formation of the swirling flow. It has been proved on the base of differential equation describing the flow lines in the cylindrical swirl chamber that chord of a swirl apparatus prolonged blade flowing smoothly around the flow should have a shape of a logarithmic spiral. It is shown that the vortex apparatus made in the form of a vane system of logarithmic spirals forms a flow with potential rotation superimposed on the potential flow.Conclusions. The design of counter vortex damper of flow energy at the outlet of Belorechenskaya HPP with a system of blades in the form of logarithmic spirals has been analyzed. It is offered to recommend the considered design as a typical one for hydraulic units of medium head.

About the authors

Andrey L. Zuykov

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)

Email: ZuykovAL@mgsu.ru
ORCID iD: 0000-0003-1468-3335

References

  1. Галич Р.В. Исследование, разработка и конструктивное оформление многофункциональных вихревых аппаратов // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2013. Т. 3. № 7 (63). С. 32–40.
  2. Wu W., Luo Y., Chu G.W., Liu Y., Zou H.K., Chen J.F. Gas flow in a multiliquid-inlet rotating packed bed: three-dimensional numerical simulation and internal optimization // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2018. Vol. 57. Issue 6. Pp. 2031–2040. doi: 10.1021/acs.iecr.7b04901
  3. Voinov N.A., Zemtsov D.A., Zhukova O.P., Bogatkova A.V. Hydraulic resistance of tangential swirlers // Chemical and Petroleum Engineering. 2019. Vol. 55. Issue 1–2. Pp. 51–56. doi: 10.1007/s10556-019-00584-y
  4. Бахронов Х., Ахматов А., Жураев Д. Исследование влияния конструктивных и режимных параметров на гидродинамику полого вихревого аппарата // Химия и химическая технология. 2020. № 4 (70). С. 47–50. doi: 10.51348/RGIR9524
  5. Фролов А.С., Войнов Н.А., Богаткова А.В., Земцов Д.А., Жукова О.П. Сопротивление тангенциальных завихрителей с прямыми стенками каналов // Теоретические основы химической технологии. 2021. Т. 55. № 5. С. 602–611. doi: 10.31857/S0040357121040060
  6. Володин А.М. Перспективные комбинированные скрубберы для газоочистки в промышленности и тепловой энергетике // Энергетик. 2018. № 8. С. 29–32.
  7. Wang Z., Yang T., Liu Z., Wang S., Gao Y., Wu M. Mass transfer in a rotating packed bed: a critical review // Chemical Engineering and Processing — Process Intensification. 2019. Vol. 139. Pp. 78–94. doi: 10.1016/j.cep.2019.03.020
  8. Горобец А.Г. Вихревые потоки в судовых системах и устройствах // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова. 2019. Т. 11. № 2. С. 349–356. doi: 10.21821/2309-5180-2019-11-2-349-356
  9. Yin J., Qian Y., Zhang T., Wang D. Measurement on the flow structure of a gas-liquid separator applied in TMSR // Annals of Nuclear Energy. 2019. Vol. 126. Pp. 20–32. doi: 10.1016/j.anucene.2018.11.009
  10. Zhou C., Wu X., Zhang T., Zhao X., Gai S., Xiang H. Dynamic analysis for two-phase vortex flow and optimization of vortex tools to unload liquid from gas wells // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2019. Vol. 173. Pp. 965–974. doi: 10.1016/j.petrol.2018.10.091
  11. Dziubak T., Bąkała L., Karczewski M., Tomaszewski M. Numerical research on vortex tube separator for special vehicle engine inlet air filter // Separation and Purification Technology. 2020. Vol. 237. P. 116463. doi: 10.1016/j.seppur.2019.116463
  12. Wang Z., Sun G., Jiao Y. Experimental study of large-scale single and double inlet cyclone separators with two types of vortex finder // Chemical Engineering and Processing — Process Intensification. 2020. Vol. 158. P. 108188. doi: 10.1016/j.cep.2020.108188
  13. Zinurov V.E., Dmitriev A.V., Badretdinova G.R., Bikkulov R.Ya., Madyshev I.N. The gas flow dynamics in a separator with coaxially arranged pipes // MATEC Web of Conferences. 2020. Vol. 329. P. 03035. doi: 10.1051/matecconf/202032903035
  14. Дмитриев А.В., Биккулов Р.Я., Мадышев И.Н., Маясова А.О., Семенычев П.А. Оценка эффективности осаждения аэрозолей при очистке газов в мультивихревом сепараторе // Экология и промышленность России. 2022. Т. 26. № 3. С. 4–9. doi: 10.18412/1816-0395-2022-3-4-9
  15. Drioli C. Experienze su istallazioni con posso di searico a vortices // L’Energia Elettrica. 1969. No. 6. Pp. 399–409.
  16. Ахмедов Т.К., Квасов А.Н., Садуов Р.Г. Исследование шахтного водосброса селезащитной плотины Медео // Проблемы гидроэнергетики и водного хозяйства. Труды КазНИИЭ. 1976. № 13. С. 185–193.
  17. Кривченко Г.И., Остроумов С.Н. Высоконапорная вихревая водосбросная система с вихревым затвором // Гидротехническое строительство. 1972. № 10. С. 33–35.
  18. Волшаник В.В., Зуйков А.Л., Мордасов А.П. Закрученные потоки в гидротехнических сооружениях. М. : Энергоатомиздат, 1990. 280 с.
  19. Ахметов В.К., Волшаник В.В., Зуйков А.Л., Орехов Г.В. Моделирование и расчет контрвихревых течений. М. : Издательство МИСИ – МГСУ, 2012. 252 с.
  20. Волшаник В.В., Зуйков А.Л., Орехов Г.В., Чурин П.С. Пропуск холостых расходов через турбинный блок средне- или высоконапорной ГЭС (часть 1) // Гидротехническое строительство. 2013. № 4. С. 51–56.
  21. Волшаник В.В., Зуйков А.Л., Орехов Г.В., Чурин П.С. Пропуск холостых расходов через турбинный блок средне- или высоконапорной ГЭС (часть 2) // Гидротехническое строительство. 2013. № 5. С. 32–40.
  22. Зуйков А.Л. Гидравлика. Том 1. Основы механики жидкости. М. : Издательство МИСИ – МГСУ, 2019. 544 с.
  23. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. М. : ГИТТЛ, 1953. 736 с.
  24. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. М. : Физматгиз, 1960. 715 с.
  25. Chigier N.A., Chervinsky A. Experimental investigation of swirling vortex motion in jets // Journal of Applied Mechanics. 1967. Vol. 34. Issue 2. Pp. 443–451. doi: 10.1115/1.3607703
  26. Beér J.M., Chigier N.A. Combustion aerodynamics. New York : Halsted Press Division, Wiley, 1972. 264 p.
  27. Gupta A.K., Lilley D.G., Syred N. Swirl flows. England : Abacus Press, Tunbridge Wells, 1984. 475 p.
  28. Зуйков А.Л. Гидродинамика циркуляционных течений. М. : Изд-во АСВ, 2010. 216 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».