ZESZYTY NAUKOWE POIITSCHNIKI ŚLĄSKIEJ 1970
S e r i a : INŻYNIERIA SANITARNA z . 15 Nr k o l . 277
M a ria J e d y n a k , S t a n i s ł a w M i e r z w i ń s k i
MOŻLIWOŚCI STOSOWANIA METODY BARTHA-LEINEWEBERA DLA OBLICZANIA CYKLONÓW PRZEMYSŁOWYCH
\
Metoda o b l i c z a n i a cyklonów wg L e i n e w e b e r a p o w s t a ł a w o p a r c i u o b a d a n i a [4] , k t ó r e b y ł y r o z w i n i ę c i e m p r a c B a r t h a [1], [2],
Dążeniem B a r t h a b y ł o , a ż e b y opraco w ać m etodę o b l i c z a n i a cy
klonów o p t y m a l n y c h , t j . t a k i c h , k t ó r e p o t r a f i ą z a p ew n ić po
t r z e b n ą s k u t e c z n o ś ć d z i a ł a n i a p r z y k o s z t a c h i n w e s t y c y j n y c h i ruchow ych o r a z z a p o t r z e b o w a n i u m i e j s c a w y n i k a j ą c y c h z p r z e s ł a n e k e k o n o m ic z n y c h . W tym c e l u B a r t h w p r o w a d z ił p o j ę c i e l i c z b znamionowych B i o p i s a n y c h r ó w n a n ia m i:
o z n a c z e n i a :
u - p r ę d k o ś ć o p a d a n i a z i a r n a g r a n i c z n e g o
w^ - p r ę d k o ś ć p r z e p ł y w u g a z u w p o p rze c z n y m p r z e k r o j u p łasz
c z a c y k l o n u ,
g - p r z y s p i e s z e n i e z i e m s k i e d 2 - ś r e d n i c a c z . c y l i n d r y c z n e j , AP - o pór c y k lo n u
■j - c i ę ż a r w ła ś c iw y g a z u
L i c z b a B p o z w a l a porównywać c y k lo n y m iędzy s o b ą . J e ż e l i s p r o w a d z i s i ę w a r t o ś c i p a ra m e tr ó w porównywanych cyklonów do t z w . c y k lo n u je d n o s t k o w e g o [1] , [2] , t o d l a k a ż d e g o t a k i e g o cy
k l o n u l i c z b a B b ę d z i e o dp ow iadać c h a r a k t e r y z u j ą c e j gę s k u (1)
(
2)
14-6 M. J e d y n a k , S . M i e r z w i ń s k i
t e c z n o ś c i o d p y l a n i a . Z d r u g i e j s t r o n y l i c z b a t a w iąże s k u t e c z n o ś ć o d p y l a n i a , w y ra ż o n ą p r z e z up g , z k o s z t a m i budowy ( d z ) k o s z t a m i ruchowymi i z a p o tr z e b o w a n ie m m i e j s c a ( w ^ ) .
L i c z b a 4^ p o d a j e dodatkow o z w ią z e k pom iędzy k o s z t a m i e k s p l o a t a c y j n y m i , wyrażonym i p r z e z AP, a z a p o tr z e b o w a n ie m m i e j s c a ,w y ra ż o n y m p r z e z w^. R ó w n o c ze ś n ie J e s t t o w s p ó ł c z y n n i k s t r a t o d n i e s i o n y do p r ę d k o ś c i w p o p rzecznym p r z e k r o j u p ł a s z c z a c y k l o n u .
J e ż e l i u d a ło b y s i ę o k r e ś l i ć d l a ro z w a ż a n e g o p r z y p a d k u od
p y l a n i a g a z u w a r t o ś ć B n a p o d s ta w ie p r z e s ł a n e k e k o n o m ic z n y c h , t o m eto d a B a r t h a p o z w o l i ł a b y o b l i c z y ć d l a t y c h warunków c y k lo n o p t y m a ln y , w k tó ry m w y s t ą p i ł a b y m in i m a l n a w a r t o ś ć 4d .
D o t y c h c z a s J e d n a k n i e u d a j e s i ę p r z e p r o w a d z i ć t a k i e j o p t y m a l i z a c j i c y k lo n ó w . P r z y z a ł o ż e n i u g r a n i c z n e j p r ę d k o ś c i o p a - d a n i a w z a k r e s i e 0 , 2 do 0 , 1 cm /s i o p o r a c h 30 do 100 kG/m O u - z y s k u j e s i ę b a r d z o w ydłużon y k s z t a ł t c y k lo n ó w , co p r a k t y c z n i e u n i e m o ż l i w i a i c h s t o s o w a n i e .
P ra w d o p o d o b n ie t o b y ł o powodem, że L e in e w e b e r z a m i a s t p rzy j
mować J a k o w i e l k o ś ć w y j ś c io w ą d l a o b l i c z e ń w a r t o ś ć sa m e j l i c z by B, p r z y j m u j e wymaganą w a r t o ś ć upg o r a z p r a k t y c z n ą w ar
t o ś ć s t r a t y c i ś n i e n i a . Na p o d s t a w i e t y c h dwóch d a n ych o k r e ś l a w a r t o ś ć i l o c z y n u B ^ ^ 4 z r ó w n a n i a ;
u a p ^ A jr 1 / 2
= 3 A * 1 / 2 ( 2 g ) 1 / 4
o z n a c z e n i a :
V - n a t ę ż e n i e p r z e p ł y w u g a z u [ m ^ / s . ]
O b s z e rn e a e ro d y n a m ic z n e b a d a n i a [3] , [4] p o z w o l i ł y mu u s t a l i ć w a r t o ś c i i l o c z y n u B ^ ^ 4 d l a s z e r e g u k o m b i n a c j i w a r t o ś c i p a ra m e tró w k o n s t r u k c y j n y c h c y k lo nó w . Z w ią z k i t e p o d a j ą r y s . 2 do 4 . J a k o c h a r a k t e r y s t y c z n e p a r a m e t r y k o n s t r u k c y j n e p r z y j ą ł : r z/ r 0 , AQ/ Aęi o r a z k s z t a ł t r u r y w y lo to w e j - p a t r z r y s . 1.
Tok o b l i c z e ń wg L e i n e w e b e r a J e s t n a s t ę p u j ą c y :
1 . J a k o d a n e w y jś c io w e n a l e ż y p r z y j ą ć : V, up g , AP, o r a z r a/ r 0 , A0/ Ad i k s z t a ł t r u r y w y l o t o w e j.
M o ż liw o ś c i s t o s o w a n i a m etody B a r t h a - L e i n e w e b e r a 147
2 . O b l i c z a s i ę w a r t o ś ć i l o c z y n u B z r ó w n a n ia ( 3 ) . 3 . Wyznacza s i ę :
z r y s . 2 w a r t o ś ć b / r 0 z r y s . 3 w a r t o ś ć B z r y s . 4 w a r t o ś ć
4 . Z r ó w n a n i a ( 1 ) o b l i c z a s i ę r g
5 . P o z o s t a ł e wymiary k o n s t r u k c y j n e można o b l i c z y ć z p r z y j ę t y c h w p u n k c i e 1 c h a r a k t e r y s t y c z n y c h s to s u n k ó w p a ra m e tró w o r a z z d a n y c h n a r y s . 1 .
R y s . 1 . O z n a c z e n i e p a ra m e tr ó w k o n s t r u k c y j n y c h c y k lo n u B a r t h a - L e in e w e b e r a
r m/ x z = ° » 7 0 » m / r z = 2 »0 7 > m/n = 1 > °7. l / * z = 1 . 8 0
O dno śn ie d o b o r u c h a r a k t e r y s t y c z n y c h s to s u n k ó w r z/ r 0 » AQ/
i k s z t a ł t u r u r y w y l o t o w e j , w ym ienionych w p u n k c i e 1 , Leinew e
b e r b l i ż e j n i e wypowiada s i ę . Z a l e c a t y l k o z ośm iu w a r ia n tó w c y k l o n u , n a j a k i e p o z w a l a j ą j e g o w y k r e s y , w y b r a n ie t a k i e g o , k t ó r y j e s t n a j b a r d z i e j o d p o w ie d n i ze w z g lę d u na p o s ia d a n e miej
s c e do i n s t a l o w a n i a .
fy r0
R y s . 2 . Z a l e ż n o ś ć B o d s t o s u n k u
d r o
O z n a c z e n i a : r u r a c y l i n d r y c z n a , r u r a s t o ż kowa, *Ae /A d = 0 , 1 1 5 1 1 / b --- = 9 , x AQ/A d = 0 , 2 3 0 i 1 / b = 4 , 5
VAe /A d = 0 , 3 4 5 i 1 / b = 3 , D A e /A d = 0 , 4 6 0 i l / b = 2 , 2 5
£
Jedynak, S. Mierzwiński
1
n . o . ...y; /
2 / /
r0
Z /<
f
— /
V f
/
/
/ /y
, —--- ta
✓ / -
— / / — 7 ~~2 X / /
r-/ / / /,
/ / r 7 * 3 y
y
7/ •
* / ' A /
/ At / /
/ /
/ / /
< / 1
/
V /
/
2 3
4
i 6 7 R 9103 i $ ...-4 -e. ? * 4 421---Ł — 4 i i* k *
te
R y s . 5 . Z a l e ż n o ś ć i l o c z y n u B o d l i c z b y B a i t h a B. O z n a c z e n i a j a k n a r y s . 2
&
Możliwości stosowaniametodyBartha-Łeinewebera
B y s . 4 . Z a l e ż n o ś ć i l o c z y n u B o d w s k a ź n ik a o p o r u £ d . O z n a c z e n i a j a k n a r y s . 2
Jedynak, S. Mierzwiński
M o ż li w o ś c i s t o s o w a n i a m etody B a r t h a - L e i n e w e b e r a 151
UP9 [ć m /s]
R y s . 5 . Z a l e ż n o ś ć s t r a t c i ś n i e n i a w c y k l o n i e od p r z y j ę t e g o z i a r n a g r a n i c z n e g o
O z n a c z e n i a : I I - r z/ r o = 2 * ” * z ^ r o = ^<">* 12 ~ ^ x o --- r u r a w y lo to w a c y l i n d r y c z n a , --- r u r a w ylotow a s t o ż k o w a , o A /Ah = 0 , 1 1 5 i 1 / b = 9 » x A /A d = 0 , 2 3 0 i l / b =
e o _
152 M. Je d y n a k , S . M ierzw iń sk i
D la w y p e ł n i e n i a t e j l u k i w m e t o d z i e L e i n e w e b e r a i u ł a t w i e n i a d e c y z j i w tym z a k r e s i e o pracow ano w y k re s ( r y s . 5 ) , n a k t ó rym u w i d o c z n io n o z w i ą z e k p om iędzy AP i u ^ g d l a wybranych c h a r a k t e r y s t y c z n y c h p a r a m e t r ó w .
Z w y k re s u t e g o w y n i k a , t e d l a u z y s k a n i a t e j s a m e j w a r t o ś c i UP S ’ p2ay z a s t ° s o w a n i u xux7 w y lo to w e j s t o ż k o w e j opór c y k lo n u j e s t o 25% n i ż s z y n i ż d l a p r z y p a d k u r u r y c y l i n d r y c z n e j . Ponad
t o w z r o s t w a r t o ś c i b / r Q pow oduje w z r o s t s k u t e c z n o ś c i o d p y l a n i a p r z y s t a ł y m o p o r z e w z g l ę d n i e s p a d e k c i ś n i e n i a d l a t e j s a mej s k u t e c z n o ś c i . Z w y k r e s u t e g o r ó w n i e ż w y n i k a , że z w i ę k s z e n i e s t o s u n k u * a/ * 0 p r z y s t a ł y m o p o r z e i w y s o k o ś c i c y k lo n u p r z y c z y n i a s i ę do o b n i ż e n i a s k u t e c z n o ś c i d z i a ł a n i a .
L e in e w e b e r uważa [4] , że w p odany p o w yżej s p o s ó b można 0- b l i c z a ó c y k lo n y o d o w o ln e j ś r e d n i c y . J e d n a k ż e podane p r z e z nie
go z a l e ż n o ś c i z o s t a ł y wyprowadzone n a p o d s t a w i e a e ro d y n a m ic z n y ch b a d a ń cyklonów o ś r e d n i c y 150 mm. D l a t e g o w a r t o p r z e a n a l i z o w a ć j a k i e r e z u l t a t y można u z y s k a ć s t o s u j ą c omawianą me
t o d ę do cyklonów -przem ysłow ych. W tym c e l u wykonano s z e r e g o b l i c z e ń cyklonów d l a w ydatku g a z u od 900 do 9700 m^/h p r z y o p o r a c h p r z e p ł y w u 60 do 250 kG/pi2 . We w s z y s t k i c h w a r i a n t a c h o b l i c z e ń p r z y j ę t o jednakow e z i a r n o g r a n i c z n e upg = 0 , 1 8 cm/s o r a z jednakow e r a/ r Q = 2 , = 0 , 1 1 5 i r u r ą w ylotow ą s to ż k o w ą .
W yniki o b l i c z e ń z e s t a w i o n o w t a b l i c y 1 . D a je s i ę za uw a ż yć, ż e p r z y s to s u n k o w o w y s o k i e j s k u t e c z n o ś c i o d p y l a n i a c z ę ś ć s t o ż kowa c y k lo n u h s b a r d z o w y d łu ż a s i ę , j e ż e l i chcemy u trz y m a ć n i e w y s o k i e o p o ry p r z e p ł y w u . D la d u ż y c h w y d a j n o ś c i d o c h o d z i s i ę do z u p e ł n i e n i e p r a k t y c z n y c h w y s o k o ś c i h .
N a l e ż y z a z n a c z y ć , że m e to d a L e i n e w e b e r a p o z w a la w n i k l i w i e a n a l i z o w a ć z a l e ż n o ś ć e f e k t ó w o d p y l a n i a w c y k l o n a c h od i c h p a ra m e tr ó w k o n s t r u k c y j n y c h i ru c h o w y c h . N i e w ą t p l i w i e j e s t z t e go powodu i n t e r e s u j ą c a . W arto j e d n a k s p r a w d z i ć e k s p e r y m e n t a l n i e j a k d a l e c e r z e c z y w i s t a p r a c a c y k lo n ó w , o k s z t a ł c i e z a l e canym p r z e z L e i n e w e b e r a , z g o d n a j e s t z z a ł o ż e n i a m i p r z y j ę t y m i do o b l i c z e ń .
N a l e ż y p o d k r e ś l i ć , że m e to d a t a p o w s t a ł a w o p a r c i u o a e r o dy n a m ic zn e b a d a n i a c y k lo n ó w , p r z y u ż y c i u c z y s t e g o p o w i e t r z a .
T a b li c a 1 W yniki o b l i c z a ń cyklonów wg L e in a w e b e ra ( o z n a c z e n ia wg r y s . 1)
V P 2 rz 210 n m h8 h c 2 l ™m 1 x b
m^/b kG/m2 m m m m m m m m2
900 70 0 ,4 7 0 ,2 4 0 ,4 5 0 ,4 8 0 ,8 7 1 ,3 5 0 ,3 3 0 ,4 2 x 0 ,0 5
1300 GO 0 ,5 8 0 ,2 9 0 ,5 6 0 ,6 0 ,5 2 ,1 0 ,4 0 0 ,52 x 0 ,0 6
1300 150 0 ,4 8 0 ,2 4 0 ,4 7 0 ,5 0 0 ,5 1 ,0 0 ,3 4 0 ,4 3 x 0 ,0 5
1500 60 0 ,6 0 0 ,3 0 0 ,5 8 0 ,6 2 1 ,7 6 2 ,3 8 0 ,4 2 0 ,5 4 x 0 ,0 6
1500 150 0 ,5 0 0 ,2 5 0 ,4 8 0 ,5 2 0 ,5 5 1 ,0 7 0 ,3 5 0 ,4 5 x 0 ,0 5
2350 157 0 ,6 2 0 ,3 1 0 ,6 1 0 ,6 5 0 ,8 9 1 ,5 4 0 ,4 4 0 ,5 6 x 0 ,0 6
2700 60 0 ,8 0 0 ,4 0 0 ,7 8 0 ,8 3 3 ,7 5 4 ,5 8 0 ,5 6 0 ,7 2 x 0 ,0 8
3900 60 0 ,9 6 0 ,4 8 0 ,9 3 0 ,9 9 6 ,8 9 7 ,8 8 0 ,6 8 0 ,8 6 x 0 ,3 4
3900 130 0 ,8 2 0 ,4 1 0 .7 9 0 ,8 5 1 ,9 9 2 ,8 4 0 ,5 7 0 ,7 4 x 0 ,0 8
9700 100 1 ,3 2 0 ,6 6 1 ,2 8 1 ,3 7 1 1 ,8 1 1 3 ,1 8 0 ,9 2 1 ,1 9 x 0 ,1 3
9700 157 1 ,2 2 0 ,6 1 1 ,1 8 1 ,2 6 4 ,9 5 6 ,2 1 0 ,8 5 1 ,1 0 x 0 ,1 2
9700 250 1 ,1 4 0 ,5 7 1 ,1 0 1 ,1 8 3 ,4 4 ,5 8 0 ,8 0 1 ,0 3 x 0 ,1 1
Możliwości stosowaniametodyBaitha-Leinewebeia
154 M. Je d y n a k , S . M ierzw iń sk i
W n o r m a l n e j e k s p l o a t a c j i t y c h o d p y l a c z y i s t n i e j e s z e r e g o b ie k tyw nych p r z y c z y n , z w ią z a n y c h z zachowaniem s i ę a e r o z o l u w cy
k l o n i e , k t ó r e p o w o d ują p o w s t a n ie r o z b i e ż n o ś c i m ię d z y u z y s k a nymi e f e k t a m i i z a ł o ż e n i a m i .
J e d n ą z n i e j a s n y c h , z a ło ż e n io w y c h p o z y c j i m etody j e s t p r ę d k o ś ć o p a d a n i a z i a r n a g r a n i c z n e g o , ze w z g lę d u na w y r a ź n ie umow
ny c h a r a k t e r t e g o p o j ę c i a . D la s z e r s z e g o s t o s o w a n i a metody L e i n e w e b e r a w y j a ś n i e n i e w tym z a k r e s i e j e s t p o t r z e b n e . Warto r ó w n i e ż p r z e p r o w a d z i ć p e ł n ą k o n t r o l ę t e j m etody p r z e z wykona
n i e d l a cyklonów o w i ę k s z y c h ś r e d n i c a c h b a d a ń zarów no a e r o d y n a m ic zn y c h j a k i p r z y z a s t o s o w a n i u p y ł u . P r a c e w tym k i e r u n k u b y ł y j u ż prow adzone w NRD | 5 l , a t a k ż e w Z a k ł a d z i e Badań U rzą
d z e ń O d p y l a j ą c y c h n a s z e j U c z e l n i .
LITERATURA
[1] B a r t h W.i B e r e c h n u n g und A u s le g u n g vo n Z y k l o n a b s c h e i d e r n a u f Grund n e u e r e r U n t e r s u c h u n g e n . BWK 8 , (1 9 5 6 ) s . 14*9.
[2] B a r t h W., L e in e w e b e r L . : B e u r t e i l u n g und A u sle g u n g von Z y k l o n a b s c h e i d e r n . S t a u b 2 4 , ( 1 9 6 4 ) , s . 414*55.
[3] L e in e w e b e r L . : B e r e c h n u n g und B e u r t e i l u n g von Z y k lo n a b s c h e i d e r n . P r a c a d o k t o r s k a , P o l i t e c h n i k a K a r l s r u h e , (1963).
[4] L e in e w e b e r L . : A u s le g u n g v o n Z y k l o n a b s c h e i d e r n na c h v o r g e g e b e n e n W e rten f ü r G r e n z k o r n , D r u k v e r l u s t und D u r c h s a t z . S t a u b , 2 2 (1 9 6 7 ) s . 123*-128.
[5] P e t r o l l J . , Q u i t t e r V . , S chande G. Zimmermann L . : U n t e r s u c h u n g e n an Z y k l o n a b s c h e i d e r n . S t a u b 2£ 1 9 6 7 , s . 1154*122.
S t r e s z c z e n i e
Omówiono z a s a d n i c z e t e z y i t o k o b l i c z a n i a cyklonów wg me
to d y B a r t h a - L e i n e w e b e r a . P r z e a l a l i z o w a n o r e z u l t a t y o b l i c z e ń d l a cyklonów o ś r e d n i c a c h w ię k s z y c h n i ż 150 mm, j a k i e b a d a ł a u t o r m eto d y .
M o ż l i w o ś c i s t o s o w a n i a m etody B a r t h a - L e in e w e b e x a 155
B03M0KH0GTM IIPKMEHEHViH METOflA BAPTA-JIEkiHEBEBEPA flJiH noflcyłiTA npomuiujiehhhx ukkjiohob
P e 3 d u e
O f i C y X f l e HO OCHOBHUe TeSMCbi H X O S n O S C q g T a UHKJIOHOB n o M 6 T 0 - A y B a p T a - J I e £ i H e B 8 6 e p a , A H a n H 3 H p o B a H O p e s y J t b T B T U n o A c q e T O B u h- KJIOHOB C A H B u e T p a U H BbtlUe < i e u 1 5 0 HM, K O T O p U e HCCJieAOBfaJIH SBTO- pu aeTOAa.
POSSIBILITIES OF APPLICATION OF THE BARTH-LEINEWEBER METHOD FOR THE CALCULATION OF INDUSTRIAL CYCLONES
S u m m a r y
T h e re have d i s c u s s e d t h e b a s i c a s s u m p t i o n s and t h e p r o c e d u r e o f c a l c u l a t i o n o f c y c l o n e s a c c o r d i n g t o t h e B a r t h - L e i - newebex m e th o d . An a n a l y s i s i s p r e s e n t e d o f t h e r e s u l t s o f c a l c u l a t i o n s f o r t h e c y c l o n e s w i t h d i a m e t e r s l a x g e x t h a n 150 mm, i . e . l a x g e x t h a n t h o s e t e s t e d by t h e a u t h o r o f t h e m ethod.
