Siklon Daldırma Tüpü Çapının Siklon Basınç Kaybına ve Parçacık Toplama Verimine Etkisinin İncelenmesi

Öz

Siklon ayırıcılar, demir-çelik, maden, kimya, gıda, kâğıt ve ahşap işleme gibi birçok endüstriyel proseste gaz akışkan içerisindeki katı partiküllerin inertiyel kuvvetler yardımıyla ayrıştırılmasında temel ekipmanlardan biridir. Genellikle nihai filtrasyon ünitesinden önce konumlandırılarak, filtre sistemlerinin yükünü azaltmakta, partikül geri kazanımı sağlamaktadır ve böylece bakım-onarım maliyetlerinde azalma ile birlikte sistemin genel verimliliği artırılmaktadır. Siklon performansı, temel olarak basınç kaybı ve partikül tutma verimi gibi iki kritik parametre ile değerlendirilmekte olup, bu parametreler çoğunlukla birbirine ters etki göstermektedir. Bu durum, uygulamaya özel optimize edilmiş tasarımların gerekliliğini ortaya koymaktadır. Bu çalışmada, ağaç işleme sektöründe talaş kurutma proseslerinde kullanılan bir siklon ünitesi için daldırma tüpü çapının değişiminin performans üzerindeki etkileri sayısal yöntemlerle analiz edilmiştir. Üç farklı daldırma tüpü çapı için oluşturulan model geometrileri, ANSYS Fluent yazılımı kullanılarak CFD (Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği) tabanlı olarak incelenmiş; hem statik basınç kaybı hem de partikül tutma verimliliği parametreleri karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, daldırma tüpü çapındaki artışın, siklon içerisindeki akış yapısını olumlu yönde etkileyerek basınç kaybını azalttığı ve partikül tutma performansını artırdığı gözlemlenmiştir. Bu bulgular, siklon tasarımında daldırma tüpü geometrisinin sistem performansını doğrudan etkileyen kritik bir tasarım parametresi olduğunu ortaya koymaktadır.

Anahtar Kelimeler

• Siklon
• Daldırma Tüpü
• Basınç kaybı
• Parçacık tutma verimi

Teşekkür

Yazarlar bilgisayar analizlerinde yardımcı olan Alfer firmasına ve Kastamonu Entegre A.Ş. firmasına teşekkür ederler.

The Investigation of The Effect of Cyclone Immersion Tube Diameter on Cyclone Pressure Drop and Particle Collection Efficiency

Öz

Cyclone separators are essential equipment for the separation of solid particles in gaseous fluids using inertial forces in many industrial processes, such as iron and steel, mining, chemical, food, paper, and wood processing. They are generally positioned before the final filtration unit, reducing filter system load, enabling particle recovery, and thus reducing maintenance and repair costs and increasing the overall system efficiency. Cyclone performance is primarily evaluated by two critical parameters: pressure drop and particle retention efficiency, which often have opposing effects. This highlights the need for application-specific optimized designs. In this study, the effects of varying the immersion tube diameter on the performance of a cyclone unit used in sawdust drying processes in the woodworking industry were analyzed using numerical methods. Model geometries created for three different immersion tube diameters were analyzed using CFD (Computational Fluid Dynamics) using ANSYS Fluent software, and both static pressure drop and particle retention efficiency parameters were comparatively evaluated. The results indicate that increasing the immersion tube diameter positively affects the flow structure within the cyclone, reducing pressure loss and improving particle retention performance. These findings demonstrate that immersion tube geometry is a critical design parameter in cyclone design that directly impacts system performance.

Anahtar Kelimeler

• Cyclone
• Immersion tube
• Pressure drop
• Particle collection efficiency

Kaynakça

1. Avcı, A. ve Karagoz, I. (2000). A mathematical model for the determination of a cyclone performance. International Communication in Heat and Mass Transfer, 27(2), 263-272.
2. Aydoğdu A.S., (2024), “Çapraz akışlı siklon ayırıcının performansının incelenmesi”, Bursa Uludağ Üniversitesi, Yüksek Lisans Tezi.
3. Balıkçı A., (2023), “Siklon ayırıcılarda çıkış boru çapı ve akış hızlarının siklon performansına etkisinin deneysel olarak incelenmesi”, İnönü Üniversitesi, Yüksek Lisans Tezi.
4. Brar, L. S., Sharma, R.P. ve Dwivedi, R. (2015). Effect of vortex finder diameter on flow field and collection efficiency of cyclone separators. Particulate Science and Technology, 33(1), 34 40
5. Bohnet, M. (1995). Influence of the gas temperature on the separation efficiency of aerocyclones. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 34(3), 151-156.
6. Çalışkan, ME, Karagöz, İ., Avcı, A. ve Sürmen, A. (2019). An experimental investigation into the particle classification capability of a novel cyclone separator. Separation and Purification Technology, 209 , 908-913.
7. Elsayed, K. ve Lacor. C. (2013). CFD modeling and multi-objective optimization of cyclone geometry using desirability function, artificial neural networks and genetic algorithms. Applied Mathematical Modelling, 37,5680–5704.
8. Erol, H.İ., (2016) “Siklon çikiş boru çapinin siklon verimliliğine etkisinin sayisal ve deneysel olarak incelenmesi”, Gazi Üniversitesi, Yüksek Lisans Tezi

9. Fıçıcı, F., (2006) “Siklonlarda dalma borusu çap değişiminin akiş parametrelerine etkisinin deneysel olarak incelenmesi”, Sakarya Üniversitesi, Yüksek Lisans Tezi
10. Iozia, D. L., ve Leith, D. (1989). Effect of cyclone dimensions on gas flow pattern and collection efficiency. Aerosol Science and Technology, 10(3), 491-500.
11. Lidén, G., ve Gudmundsson, A. (1997). Semi-empirical modelling to generalise the dependence of cyclone collection efficiency on operating conditions and cyclone design. Journal of aerosol science, 28(5), 853-874.
12. Karadeniz, A., (2015), “Staırmand tipi yüksek verimli siklon geometrisindeki modifikasyonların partikül tutma verimi ve basınç kaybına etkisi”, Yıldız Teknik Üniversitesi, Yüksek Lisans Tezi.
13. Mutlu B., (2021), “Siklon daldırma tüpü uzunluğunun ve şeklinin siklon verimine ve basınç kaybına etkisinin sayısal ve deneysel olarak incelenmesi”, Mersin Üniversitesi, Yüksek Lisans Tezi.
14. Misiulia, D., Antonyuk, S., Andersson, A. G., ve Lundström, T. S. (2020). Highefficiency industrial cyclone separator: A CFD study. Powder Technology, 364, 943-953.
15. Qiu, B., ve Li, W. (2018). Effects of the Gas Outlet Duct Length on the Performance of Cyclone Separators. In E3S Web of Conferences (Vol. 53, p. 02008). EDP Sciences
16. Shastri, R., ve Brar, L. S. (2020). Numerical investigations of the flow-field inside cyclone separators with different cylinder-to-cone ratios using large-eddy simulation.Separation and Purification Technology, 249, 117149
17. Sgrott Jr, O.L., Noriler, D., Wiggers, V. R. ve Meier, H.F. (2015). Cyclone optimization by Complex method and CFD simulation. Powder technology, 277, 11–21.
18. Xiang, R.B, Park S.H. ve Lee K.W. (2001). Effects of cone dimension on cyclone performance. Aerosol Science and Technology, 32, 549–561.
19. Wang, Z., Sun, G., Song, Z., Yuan, S., ve Qian, Z. (2023). Effect of inlet volute Wrap angle on the flow field and performance of double inlet gas cyclones. Particuology, 77, 29-36.
20. Wasilewski, M., ve Brar, L. S. (2019). Effect of the inlet duct angle on the performance of cyclone separators. Separation and Purification Technology, 213, 19-33.
21. Yao, Y., Shang, M., Huang, Z., Zhou, T., Zhang, M., Yang, H. ve Lyu, J. (2022). Effects of the inlet duct length on the performance of a dense medium cyclone: An experimental and numerical study. Chemical Engineering Research and Design, 187, 41-50
22. Zhu, Y. ve Lee, K.W. (1999). Experimental study on small cyclones operating at high flow rates. Aerosol Science and Technology, 30, 1303–1315.