Федеральное учебно-методическое объединение в системе высшего образования «Техносферная безопасность и природообустройство» ( председатель)
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
На основе обзора современного состояния в области гидродинамического фильтрования показаны перспективы применения гидродинамических фильтров. Приведена классификация известных конструктивных схем гидродинамических фильтров по трем признакам: наличию–отсутствию шламовой жидкости, разновидностей форм корпуса и фильтровальной перегородки, способам создания дополнительного силового поля. Отмечены достоинства и недостатки каждого типа гидродинамического фильтра. Рассмотрены основные подходы к описанию гидродинамического фильтрования на основе детерминированного подхода. Особое внимание уделено гидродинамическим фильтрам с дополнительной закруткой потока типа «цилиндр в цилиндре» и «цилиндр в конусе». Предложены перспективные направления исследования гидродинамического фильтрования.
гидродинамическое фильтрование, классификация гидродинамических фильтров, ротационные фильтры, сепарация, проницаемый цилиндр, течение Куэтта — Тейлора, устойчивость течения, математическое моделирование.
1. Введение
Во многих отраслях промышленности существует проблема очистки дисперсных систем с жидкой дисперсионной средой от твердых частиц. Одним из перспективных направлений в области разработки аппаратов очистки жидкостей от механических примесей может стать сочетание фильтрования с силовым воздействием на поток, создающее дополнительное поле массовых сил, позволяющее улучшить условия очистки и восстановить пропускную способность фильтра самоочисткой фильтровальной перегородки от накопленного осадка. К таким устройствам относятся гидродинамические фильтры, реализующие принцип гидродинамического фильтрования [1]. От традиционного фильтрования гидродинамическое отличается тем, что очищаемая жидкость имеет касательную к фильтровальной поверхности компоненту скорости vk (рис. 1 а, б). Гидродинамический эффект заключается в непрерывном удалении накопленного слоя осадка, а также в повышении тонкости очистки за счет того, что через ячейки фильтровального материала не проходят частицы, размер которых меньше размера самих ячеек. Реализация последнего эффекта требует высокой касательной скорости vk потока по отношению к скорости фильтрации v0. В разумных пределах соотношения данных скоростей гидродинамический эффект проявляется для крупных частиц загрязнения размером более 300 мкм. Для уменьшения размера частиц, способных к удалению с фильтровальной перегородки, используется сочетание гидродинамического фильтрования с дополнительным силовым воздействием (рис. 1 в, г). В этом случае появляются дополнительные силы, обычно центробежные и вибрационные, которые оказывают дополнительное воздействие на частицу загрязнения вблизи фильтровальной перегородки и не дают ей закрепиться на поверхности.
1. Финкельштейн З.Л. Применение и очистка рабочих жидкостей для горных машин. М.: Недра, 1986.
2. Финкельштейн З.Л. Гидродинамическая очистка жидкости в промышленности // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2004. Вып. 4. С. 235–237.
3. Пат. № 46507 А Україна, МПК В01D29/23, 35/02. Очисник потоку рiдии / Бондаренко В.П.; заявник і патентовласник Бондаренко В.П. — № 2001075440; заявл. 31.07.01; опубл. 15.05.02, Бюл. № 5. — 4 с.
4. Пат. № 64598 Україна, МПК B01D37/00. Спосіб очищення рідин від механічних домішок у потоці / Бондаренко В.П.; заявник і патентовласник Бондаренко В.П. — № 2003076535; заявл. 14.07.03; опубл. 15.07.05, Бюл. № 7.
5. Мочалин Е.В., Мочалина И.Г. Масштабный эффект при физическом моделировании механической очистки жидкостей ротационными фильтрами // Сб. научн. тр. ДонГТУ. 2011. Вып. 33. С. 30–38.
6. Чебан В.Г. Одноканальный гидродинамический очиститель типа «цилиндр в цилиндре» // Вестник КрГУ имени М. Остроградского. 2012. Вып. 3 (74). С. 98–101.
7. Фильтр самоочищающийся: пат. 150505 РФ: МПК B01D 33/29 / автор, заявитель и патентообладатель: В.А. Девисилов, Е.Ю. Шарай, И.А. Мягков. — № 2014131793/05; заявл. 01.08.2014, опубл. 20.02.2015, Бюл. № 5. — 2 с.
8. Фильтр гидродинамический вибрационный: пат. 150506 РФ: МПК B01D 33/29 / автор, заявитель и патентообладатель: В.А. Девисилов, И.А. Мягков, Е.Ю. Шарай. — № 2014131794/05; заявл. 01.08.2014, опубл. 20.02.2015, Бюл. № 5. — 2 с.
9. Финкельштейн З.Л., Поляков Е.А., Варейкис В.А., Звегильский Д.С. Фильтр для очистки жидкостей. А. с. № 1351628, 1986.
10. Чебан В.Г. Характерные особенности гидродинамического очистителя жидкости типа «цилиндр в конусе» // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. Сер.: Экология. 2012. № 2/12 (56). С. 46–49.
11. Белов С.В., Девисилов В.А., Жданов В.Н., Беляев А.С., Симуков Е.А. Способ фильтрования суспензий и фильтр для его осуществления. А. с. № 1494932, 1989.
12. Белов С.В., Девисилов В.А., Жданов В.Н., Петренчук А.К. Способ фильтрования и вибрационный фильтр для его осуществления. А. с. № 1567246, 1990.
13. Пат. № 54061 U Україна, МПК В01D 37/00, 61/14. Спосiб роздiлення рiдини на фiльтрат i концентрат / Чебан В.Г.; заявник і патентовласник ДонГТУ. — u201004969; заявл. 26.04.2010; опубл. 25.10.2010, Бюл. № 20. — 4 с.
14. Чебан В.Г., Антоненко С.С. Повышение эффективности гидродинамической очистки жидкости в плоском напорном канале // Вiсник СумДУ. Серiя «Технiчнi науки» 2010. № 3, Т. 1. С. 160–167.
