Numerical Investigation Of Surface Roughness Effects On The Flow Field In A Swirl Flow

Abstract

The aim of this study is to investigate axial and tangential velocity profiles, turbulent dissipation rate, turbulent kinetic energy and pressure losses under the influence of surface roughness for the swirling flow in a cyclone separator. The governing equations for this flow were solved by using Fluent CFD code. First, numerical analyses were run to verify numerical solution and domain with experimental results. Velocity profiles, turbulent parameters and pressure drops were calculated by increasing inlet velocity from 10 to 20 m/s and roughness height from 0 to 4 mm. Analyses of results showed that pressure losses are decreased and velocity field is considerably affected by increasing roughness height.

Keywords

• swirl flow; cyclone separators; roughness height

Bir Türbülanslı Akışta Akış Alan Üzerine Yüzey Pürüzlülüğü Etkisinin Sayısal İncelenmesi

Abstract

Bu çalışmanın amacı, bir siklondaki girdaplı akışta yüzey pürüz yükseklik değerinin etkisinde eksenel ve teğetsel hız profilleri, türbülans yayınım oranı, türbülans enerjisi ve basınç kayıplarının araştırılmasıdır. Bu akış için korunum denklemleri Fluent CFD kodu kullanılarak çözülmüştür. İlk olarak sayısal model ve çözüm alanının doğrulanması için elde edilen veriler deneysel sonuçlarla karşılaştırılarak modelin doğrulaması yapılmıştır. Giriş hızı 10-20 m/s arasında ve pürüz yüksekliği 0 ile 4 mm arasında değiştirilerek, hız profilleri, türbülans parametreleri ve basınç kayıpları üzerindeki etkileri incelenmiştir. Analiz sonucunda pürüz yüksekliği arttıkça basınç kayıplarının azaldığı ve hız alanının önemli derecede etkilendiği görülmüştür. 

Keywords

• Girdaplı akış, siklon ayırıcılar, pürüz yüksekliği

References

1. Cebeci, T. and Bradshaw P. (1997) Momentum Transfer in Boundary Layers, Hemisphere Publishing Corporation, New York.
2. Chuah, T. G., Gimbun, J. and Choong, T. S. Y. (2006) A CFD Study the Effect of Cone Dimensions on Sampling Aerocyclones Performance and Hydrodynamics, Powder Technology, 162, 126–132.
3. Gong, A. L. and Wang, L. Z. (2004) Numerical Study of Gas Phase Flow in Cyclones with the Repds. Aerosol Science and Technology, 38, 506–512.
4. Hoekstra, A. J., Derksen, J. J. and Van Der Akker, H. E. A. (1999) An Experimental and Numerical Study of Turbulent Swirling Flow in Gas Cyclone, Chemical Engineering Science, 54, 2055-2065.
5. Hoekstra, A. J. (2000) Gas Flow Field and Collection Efficiency of Cyclone Separators, Ph.D. Thesis, Delft University of Technology, Netherlands.
6. Karagoz, I. and Avci, A. (2005) Modelling of the Pressure Drop in Tangential Inlet Cyclone Separators, Aerosol Science and Technology, 39, 857–865.
7. Karagoz, I. and Kaya, F. (2007) CFD Investigation of the Flow and Heat Transfer Characteristics in A Tangential Inlet Cyclone, International Communications in Heat and Mass Transfer, 34, 1119–1126.
8. Karagoz, I. and Kaya, F. (2009) Evaluations of Turbulence Models for Highly Swirling Flows in Cyclones, Computer Modeling in Engineering and Sciences,43(2),111-129.

9. Kaya, F. and Karagoz, I. (2008) Performance Analysis of Numerical Schemes in Swirling Turbulent Flows in Cyclones, Current Science, 94, 1273–1278.
10. Kaya, F. and Karagoz, I. (2012) Experimental and Numerical Investigation of Pressure Drop Coefficient and Static Pressure Difference in a Tangential Inlet Cyclone Separator, Chemical Papers, 66(11), 1019–1025.
11. Lien, F. S. and Leschziner, M. A. (1994) Assessment of Turbulence-Transport Models Including Non-Linear RNG Eddy-Viscosity Formulation and Second –Moment Closure for Flow over A Backward Facing Step, Computers & Fluids, 23, 983-1004.
12. Shukla, S. K., Shukla, P. and Ghosh, P. (2010) Evaluation of Numerical Schemes Using Different Simulation Methods for the Continuous Phase Modeling of Cyclone Separators, Advanced Powder Technology, DOI:10.1016/j.apt.2010.11.009.