The research of acoustic cyclone

Abstract

The study analyzes one of the dry cleaning method for air flow polluted by ultrafine particles (0.1 ≤ d ≤ 10 mm). This method is widely distributed in Lithuania, because the collected dust can be used as secondary raw materials. The main object of the research is the acoustic cyclone with a secondary opposite air-flow. Cyclone operating principle is based on centrifugal force applied to the particles in the screwed air flow. Due of its simplicity, low cost and ease operation, those kind cyclones is widely used. Therefore, these objects are important in reducing emissions (particulate matter) into the atmosphere from a variety of industries. The aim of the work is to develop and analyze acoustic cyclone. For designing of acoustic cyclone the special software SolidWorks 2001 SP2.0 Flow Simulation 2011 2.0 Build 1525 was used. And for production – advanced sheet metal processing technology was used. Acoustic cyclone research was done by digital and experimental methods. The dissertation aims to explore the subject of polluted air cleaning efficiency in different sizes and masses of particles in the flow. The scope of created cyclone extends as particles are separated from the air flow from size up to 1 μm. Therefore, in the air-cleaning devices do not need to install additional fiber filters. The aim of this thesis is to carry out the review of scientific literature on the employment of acoustic field for interaction of fine particles, to analyze and ground the impact of acoustic field parameters on the adhesion of fine particles, to analyze and to ground the concept of acoustic cyclone, its working principles and simulation of flows theoretically, to design acoustic cyclone based on returning flow principle ant to carry out experimental research with the designed cyclone. The thesis consists of an introduction, 4 chapters, conclusions, a list of literature and a list of publications by the author and annex. The first chapter is dedicated for the literature review. The research of particles’ interaction in acoustic field and development of acoustic sources improvement process are provided in this chapter. In the end of the chapter the conclusions are provided and the tasks of the thesis are specified. In the second chapter the development process and research of acoustic sources are described. In the third chapter the impact of acoustic field parameters on fine particles’ adhesion is analyzed. In the fourth chapters numerical and experimental research of acoustic cyclone and their results are presented.

Disertacijoje nagrinėjamas oro srauto, užteršto smulkiomis dalelėmis (0,1 ≤ d ≤ 10 μm), vienas iš sausųjų valymo metodų. Pagrindinis tyrimo objektas yra akustinis ciklonas su antriniu priešpriešiniu oro srautu. Ciklono veikimo principas pagrįstas išcentrine jėga, kuri veikia daleles įsuktame oro sraute. Ciklonai labai plačiai naudojami dėl savo paprastumo, pigumo ir patogios eksploatacijos. Pagrindinis disertacijos tikslas – sukurti ir ištirti akustinį cikloną. Akustinio ciklono tyrimams buvo naudojami skaitiniai ir eksperimentiniai metodai. Disertacijoje siekiama ištirti ciklono užteršto oro srauto valymo efektyvumą. Sukurto ciklono taikymo sritis prasiplečia – dalelių, atskiriamų iš oro srauto, matmenų diapazonas padidėja, t. y. galima išvalyti smulkesnes nei 1 μm daleles, todėl oro valymo įrenginiuose nereikia montuoti papildomų pluoštinių filtrų. Darbe sprendžiami keli pagrindiniai uždaviniai: dalelių elgsenos akustiniame lauke, jų sąveikos, akustinio lauko šaltinių ir jų panaudojimo analizė; akustinio ciklono koncepcijos teorinis pagrindimas, srautų akustiniame ciklone simuliacija; akustio ciklono kūrimas ir ciklono eksperimentiniai tyrimai. Disertaciją sudaro įvadas, keturi skyriai, rezultatų apibendrinimas, naudotos literatūros ir autoriaus publikacijų disertacijos tema sąrašai bei priedai. Įvadiniame skyriuje aptariama tiriamoji problema, darbo aktualumas, aprašomas tyrimų objektas, formuluojamas darbo tikslas bei uždaviniai, aprašoma tyrimų metodika, darbo mokslinis naujumas, darbo rezultatų praktinė reikšmė, pateikiami ginamieji teiginiai. Įvado pabaigoje pristatomos disertacijos tema autoriaus paskelbtos publikacijos ir pranešimai konferencijose bei disertacijos struktūra. Pirmasis skyrius skirtas literatūros apžvalgai. Jame pateikta dalelių sąveikos akustiniame lauke ir akustinių šaltinių tobulinimo raidos analizė. Skyriaus pabaigoje formuluojamos išvados ir tikslinami disertacijos uždaviniai. Antrajame skyriuje aprašomi akustinių šaltinių kūrimas bei tyrimai. Trečiajame skyriuje tiriama akustinio lauko parametrų įtaka smulkių dalelių sukibimui. Ketvirtajame skyriuje pateikti skaitiniai bei eksperimentiniai akustinio ciklono tyrimai ir jų rezultatai. Disertacijos tema paskelbti šeši straipsniai: vienas – žurnale, įtrauktame į Thomson ISI sąrašą, du – Inspec duomenų bazėje cituojamame žurnale, trys – konferencijų medžiagose. Disertacijos tema perskaityti keturi pranešimai tarptautinėse Lietuvos ir kitų šalių konferencijose. Patentuotas vienas išradimas.