Smulkiadispersėms kietosioms dalelėms iš agresyviųjų dujų šalinti patobulinto daugiakanalio ciklono tyrimai ir kūrimas

Abstract

Disertacijoje nagrinėjamas patobulintas daugiakanalis ciklonas, kuris gali būti taikomas smulkiadispersėms kietosioms dalelėms iš agresyviųjų dujų šalinti. Pagrindinis tyrimo objektas – pato¬bulintas daugiakanalis naujos konstrukcijos su specialiai apdorotais paviršiais ciklonas. Pagrindinis disertacijos tikslas – pritaikius daugiakanalio ciklono konstrukcijos patobulinimus, atsižvelgiant į atliktų valymo proceso teorinių, eksperimentinių bei skaitinio modeliavimo rezultatus, sukurti dujų (oro) valymo įren¬ginį, gebantį pašalinti smulkiadisperses kietąsias daleles (1–10 μm) iš agresyviųjų dujų srauto. Darbe sprendžiami keli uždaviniai. Pirmasis skirtas teoriniams tyrimams, siekiant daugiakanaliame ciklone ištirti fizikinius agre¬syviųjų dujų srauto parametrus. Antrasis bei trečiasis – skirti eksperimentiniams tyrimams, apimantiems agresyviųjų dujų srauto aerodinaminius parametrus, kietųjų dalelių šalinimo efektyvumą, bei kietųjų dalelių prie ciklono vidinių pavir¬šių adhezijos nustatymą. Ketvirtasis – skirtas skaitinio modeliavimo tyrimui at¬likti, norint įvertinti agresyviųjų dujų srauto dvifazio srauto parametrams įtaką bei smulkiadispersių kietųjų dalelių šalinimo iš dujų efektyvumą. Penktasis – skirtas pramoninio bandomojo patobulinto daugiakanalio ciklono varianto, remiantis jo prototipu, kūrimui ir jo testavimui. Disertaciją sudaro įvadas, trys skyriai, bendrosios išvados, naudotos literatūros ir autoriaus publikacijų disertacijos tema sąrašai. Įvadiniame skyriuje aptariama tiriamoji problema, pristatomas darbo aktualumas, aprašomas tyrimų objektas, formuluojamas darbo tikslas bei užda¬viniai, aprašoma tyrimų metodika, nurodomas darbo mokslinis naujumas, darbo rezultatų praktinė reikšmė ir ginamieji teiginiai. Įvado pabaigoje prista¬tomos disertacijos tema paskelbtos autoriaus publikacijos ir pranešimai konferencijose bei disertacijos struktūra. Pirmajame skyriuje pateikta smulkia¬dispersių kietųjų dalelių sukeltos oro taršos apžvalga, daugiakanalių ciklonų tai¬kymo dujoms valyti analizė ir agresyviųjų dujų srauto charakteristika. Antrajame skyriuje pateiktos patobulinto daugiakanalio ciklono agresyviųjų dujų srauto dinaminių parametrų bei smulkiadispersių kietųjų dalelių šalinimo efek¬tyvumo teorinių, eksperimentinių ir modeliavimo tyrimų metodikos. Trečia¬jame skyriuje pateikti tyrimų rezultatai ir jų analizė, skirta patobulinto daugia¬kanalio ciklono agresyviųjų dujų srauto dinaminiams parametrams įvardyti bei smulkiadispersių kietųjų dalelių šalinimo efektyvumui įvertinti. Disertacijos tema paskelbta 17 straipsnių: septyni – mokslo žurnaluose, įtrauk¬tuose į Clarivate Analytics Web of Science sąrašą, šeši – recenzuojamuose mokslo žurnaluose, referuojamuose kitose duomenų bazėse ir keturi – konferencijų pranešimų leidiniuose. Gauti 1 Europos ir 2 Lietuvos Respublikos patentai. Disertacijos tema perskaityta 12 pranešimų konferencijose Lietuvoje ir kitose šalyse.

The dissertation investigates the newly designed multi-channel cyclone for removal of fine-dispersed particulate matter from aggressive gas. The main object of research is the researches of a new design with specially treated surfaces upgraded multi-channel cyclone. The primary purpose of this dissertation is to create a gas (air) purifier capable of removal of fine-dispersed particulate matter (1–10 μm) from aggressive gas, developing design improvements of multi-channel cyclone, taking into account the results of performed theoretical and experimental research and numerical modelling of the purification process. The thesis approaches several tasks. Task 1 is related to the conduct of theoretical studies to investigate the physical parameters of aggressive gas flow in a multi-channel cyclone. Task 2 and Task 3 are conducted experi¬mental studies of aerodynamic parameters of aggressive gas flow, the removal efficiency of particulate matter and evaluation of the adhesion of particulate matter on the cyclone‘s inner surfaces. Task 4 is performed numerical modelling studies, evaluating the influence of aggressive gas flow on two-phase flow para¬meters and removal efficiency of fine-dispersed particulate matter from gas. Task 5 is development and testing of pilot newly designed multi-channel cyclone based on its prototype. The dissertation consists of three parts including an introduction, 3 chapters, conclusions and references. The introduction discusses the research problem, the relevance of the thesis, describes the object of the research, formulates the aim and objectives of the thesis, describes the research methodology, scien¬tific novelty of the thesis, the practical value of the research findings, defended statements. At the end of the introduction, the publications and reports published by the author on the topic of the dissertation and the structure of the dissertation are presented. An overview of air pollution caused by fine-dispersed particulate matter, analysis of the application of multi-channel cyclones for cleaning of gas and a characteristic of aggressive gas flow is presented in the 1st chapter. Chapter 2 presents the theoretical, experimental and modelling research methods of newly designed multi-channel cyclone, aggressive gas flow dynamic para¬meters and removal efficiency of fine-dispersed particulate matter. Chapter 3 inves¬tigates the the dynamic parameters of the aggressive gas flow in newly designed multi-channel cyclone and the removal efficiency of particulate matter. 17 articles focusing on the subject of the discussed dissertation are published: seven articles – in scientific journals included in the Clarivate Analytics Web of Science list, six – in peer-reviewed scientific journals referenced in other databases and four – in conference proceedings. The 1 European patent and the 2 patents of the Republic of Lithuania have been granted. 12 presentations on the subject have been presented in conferences at national and international level.