Физическое и численное моделирование аэродинамики циклонного нагревательного устройства распределенным вводом газа

The paper presents results of physical and numerical simulation of aerodynamics of a cyclone heating device. Calculation models of axial and radial flow motions at various outlet diameters and also cyclone flow motion trajectory have been developed in the paper. The paper considers and compares experimental and calculated distributions of tangential and axial component of full flow rate. The comparison of numerical and physical experimental results has revealed good prospects concerning usage of CFX ®10.0 programming complex for simulation of aerodynamics of cyclone heating devices and further improvement of methodologies and their aerodynamic calculation.  Приведены результаты физического и численного моделирования аэродинамики циклонного нагревательного устройства. Получены расчетные схемы осевых и радиальных движений потока при различных значениях диаметра выходного отверстия, а также траектории движения циклонного потока. Рассмотрены и сопоставлены опытные и расчетные распределения  тангенциальной и осевой составляющей полной скорости потока. Сопоставление результатов численного и физического экспериментов показало перспективность использования программного комплекса  CFX ®10.0  для моделирования аэродинамики циклонных нагревательных устройств и  дальнейшего совершенствования методик и их аэродинамического расчета

Пульсационные характеристики скорости потока в циклонных камерах большой относительной длины

The paper describes an experimental investigation pertaining to distribution of oscillatory and averaged tangential and axial velocities of turbulent flow in cyclone chambers of high relative length. It has been shown that as in the chambers of relatively small length (close to unit length) general level of velocity pulsation intensity significantly exceeds the level observed in the chambers of analogous use with non-tightened-up heat carrier.С использованием лазерного доплеровского анемометра выполнено экспериментальное исследование распределений пульсационных и осредненных тангенциальной и аксиальной скоростей турбулентного потока в циклонных камерах большой относительной длины. Показано, что, как и в камерах сравнительно небольшой (близкой к единичной) длины, общий уровень интенсивности пульсаций скорости значительно превышает наблюдаемый в камерах аналогичного назначения с незакрученным теплоносителем.

ТЕПЛООТДАЧА НА БОКОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ РАБОЧЕГО ОБЪЕМА ЦИКЛОННЫХ КАМЕР С ДВУСТОРОННИМИ НЕСИММЕТРИЧНЫМИ ВВОДОМ И ВЫВОДОМ ГАЗОВ

The heat dissipation on the lateral surface of the cyclone chamber working volume with asymmetrical input and output of gases is considered in the present paper in contrast to the previously executed [1–10]. The relative values of input gas flow and the relative diameters of the outlet are different in each of the halves of the working volume. The heat dissipation by convection to the swirling airflow was studied by the method of variation of the aggregate state of the heating agent – water vapor slightly superheated (at 2–3 °С) condensation. Collecting the condensate produced from the work site through a water lock, providing maintaining of constant pressure in the calorimeter. The quantity of heat transmitted during the experiment was determined by the amount of collected condensate.In the experiments on the camera with two-sided asymmetric output relative gas outlet diameter on one side of the camera varied Relative diameter of the outlet on the other hand remained constant. In the experiences on the camera with the bilateral asymmetrical conditions for the introduction of gases the asymmetry of the introduction of flow was created due to a change in the relative entrance area whoo remained constant. Local heat transfer coefficient was determined for different values dimensionless longitudinal coordinate coinciding with the axis of the chamber, directed toward the outlet, measured from the middle section of the working volume. Еquations for calculation of heat transfer coefficients on the lateral surface of the howling cyclone chambers with unbalanced input and output gases, оbtained in this paper, give the satisfactory agreement of the calculated and experimental data that allows to recommend to their practical application.В настоящей работе, в отличие от исследований [1–10], рассмотрена теплоотдача на боковой поверхности рабочего объема при несимметричных вводе и выводе газов, когда значения относительных площадей входа и относительных диаметров выходного отверстия различны в каждой из половин рабочего объема. Теплоотдачу конвекцией к закрученному потоку воздуха изучали по методу изменения агрегатного состояния греющего агента – конденсации слегка перегретого (на 2–3 оС) водяного пара. Сбор конденсата с рабочего участка производили через гидрозатвор, обеспечивающий поддержание постоянного давления в калориметре. Переданное за время опыта количество теплоты определяли по массе собранного конденсата.В опытах на камере с двусторонним несимметричным выводом газов варьировали относительный диаметр выходного отверстия с одной из сторон камеры Относительный диаметр выходного отверстия с другой стороны сохранялся постоянным. В опытах на камере с двусторонними несимметричными условиями ввода газов несимметрию ввода потока создавали за счет изменения относительной площади входа которая оставалась постоянной. Местный коэффициент теплоотдачи определяли при различных значениях безразмерной продольной координаты, совпадающей с осью камеры, направленной в сторону выходного отверстия, отсчитываемой от среднего сечения рабочего объема. Полученные уравнения для расчета коэффициентов теплоотдачи на боковой поверхности циклонных камер с несимметричными вводом и выводом газов дают удовлетворительное совпадение расчетных и опытных данных, что позволяет рекомендовать их для практического применения

Некоторые особенности аэродинамики недиафрагмированной циклонной камеры

The paper cites results of an experimental research in aerodynamics of a cyclonic chamber with a free exit that has a large relative length. Distributions of aerodynamic stream characteristics depending on geometry of working volume of the cyclonic chamber are given in the paper. Calculative dependences are proposed in the paper.Приведены результаты экспериментального исследования аэродинамики недиафрагмированной циклонной камеры большой относительной длины. Представлены распределения аэродинамических характеристик потока в зависимости от геометрии рабочего объема циклонной камеры, предложены расчетные зависимости

Аэродинамика и устойчивость потока в относительно длинных циклонных камерах

The article presents and analyzes the results of an experimental study of the aerodynamics of the flow in the working volume of cyclone chambers of a large relative length, significantly exceeding the length of the chambers that were used in the previous studies. Air supply to the chamber swirler was carried out tangentially from diametrically opposite sides by two inlet channels. The air discharge from the working volume of the chamber was made from the opposite end of the chamber through a round axisymmetric hole. The values of the area of the inlet channels and the diameter of the outlet were varied with replaceable incrustations and clamps. The experiments were performed with the use of laser Doppler anemometry. As a result, previously unknown features of flow formation in the working volume of relatively long cyclone chambers have been determined. The main characteristic values of the working volume flow have determined as well. In particular, the determining influence of the flow core characteristics on its structure in relatively long cyclone chambers has been discovered. The calculated ratios have been chosen to determine these values depending on the geometrical characteristics of the chamber under study. The boundary of the near-wall flow region, in which favorable conditions for the flow instability are created, is determined. Numerical simulation of the flow in the ANSYS Fluent software has been performed. Based on its results, a comparison of the results of numerical simulation, calculated dependencies and experimental data is presented. A comparison of the results demonstrated a completely satisfactory coincidence. Data obtained in the process of research and calculated ratios can be used in engineering practice and are of an interest from the point of view of further study of aerodynamics in a highly swirled flow of cyclone devices in order of to improving the methods of their thermal and aerodynamic calculations.В статье приводятся и анализируются результаты экспериментального исследования аэродинамики потока в рабочем объеме циклонных камер большой относительной длины, значительно превышающей длину камер в ранее выполненных исследованиях. Подвод воздуха в закручиватель камеры осуществляли тангенциально с диаметрально противоположных сторон двумя входными каналами. Вывод воздуха из рабочего объема камеры производили с противоположного торца камеры через круглое осесимметричное отверстие. Значения площади входных каналов и диаметра выходного отверстия варьировали сменными вкладышами и пережимами. Опыты выполнены методом лазерной доплеровской анемометрии. В результате установлены новые особенности формирования потока в рабочем объеме относительно длинных циклонных камер. Определены основные характерные величины потока рабочего объема. В частности, установлено определяющее влияние характеристик ядра потока на его структуру в относительно длинных циклонных камерах. Подобраны расчетные соотношения для определения этих величин в зависимости от геометрических характеристик исследуемой камеры. Определена граница пристенной области течения, в которой создаются благоприятные условия для проявления неустойчивости потока. Проведено численное моделирование течения в программном комплексе ANSYS Fluent. По его результатам представлено сравнение показателей численного моделирования, расчетных зависимостей и экспериментальных данных. Сопоставление результатов показало вполне удовлетворительное совпадение. Полученные в процессе исследований данные и расчетные соотношения могут быть использованы в инженерной практике и представляют интерес с точки зрения дальнейшего изучения аэродинамики в сильно закрученном потоке циклонных устройств для совершенствования методик их теплового и аэродинамического расчетов

КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН НА БОКОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ РАБОЧЕГО ОБЪЕМА ОТНОСИТЕЛЬНО ДЛИННОЙ ЦИКЛОННОЙ КАМЕРЫ

The high-turbulent swirling flows of heat carrier that are created by a cyclone chamber are used in industry. They make it possible to intensify processes of heat and mass exchange. The results of an experimental study of convective heat transfer on the lateral surface of the active volume of a relatively long cyclone chamber considerably exceeding the length of the chambers that were used in previously performed studies are presented and analyzed in the article. Air supply in the swirler of the chamber was performed tangentially from diametrically opposite sides of the two input channels. The gas outlet was implemented from the opposite end. The heat transfer by convection to the swirling air flow was studied by the method of changing the state of aggregation of a heating agent – condensation of slightly superheated steam. Collecting condensate from the working section was made through a water seal for maintaining a constant pressure calorimeter. The amount of heat transferred during experiment was determined by weight of the collected condensate. The specific features of influence of geometrical characteristics of cyclone chamber on intensity of heat exchange are considered. In the experiments we varied the relative diameter of the outlet port of the chamber dвых and the relative area of the input channels fвх. Segmental construction of the chamber made it possible to move a calorimeter on its length. The local heat transfer coefficient was determined for various values of the dimensionless longitudinal coordinate z coinciding with the axis of the chamber, and counted from the back end of the swirler. The estimated equations of heat transfer obtained during the research are presented and recommended for use in practice of engineering. The considered problem is of an interest from the point of view of further research of aerodynamics and of convective heat transfer in a highly swirling flow cyclone devices, in order to improve the methods of their thermal and aerodynamic calculations.В статье приводятся и анализируются результаты экспериментального исследования конвективного теплообмена на боковой поверхности рабочего объема относительно длинной циклонной камеры, значительно превышающей длину камер в ранее выполненных исследованиях. Подвод воздуха в закручиватель камеры осуществлялся тангенциально с диаметрально противоположных сторон двумя входными каналами. Вывод газа происходил с противоположного торца. Теплоотдачу конвекцией к закрученному потоку воздуха изучали по методу изменения агрегатного состояния греющего агента – конденсации слегка перегретого водяного пара. Сбор конденсата с рабочего участка производился через гидрозатвор, обеспечивающий поддержание постоянного давления в калориметре. Переданное за время опыта количество теплоты определяли по массе собранного конденсата. Рассмотрены особенности влияния геометрических характеристик камеры на интенсивность теплообмена. В опытах варьировались относительный диаметр выходного отверстия камеры dвых и относительная площадь входных каналов fвх Секционированная конструкция камеры позволяла перемещать калориметр по ее длине. Местный коэффициент теплоотдачи определяли при различных значениях безразмерной продольной координаты z¯, совпадающей с осью камеры и отсчитываемой от глухого торца закручивателя. Приведены полученные в процессе исследований расчетные уравнения теплоотдачи, которые рекомендуется использовать в инженерной практике. Рассматриваемая задача представляет интерес с точки зрения дальнейшего изучения аэродинамики и конвективного теплообмена в сильно закрученном потоке циклонных устройств, для совершенствования методик их теплового и аэродинамического расчетов

Влияния ингибитора синтаз оксида азота Т1023 на развитие лучевого пневмофиброза у крыс

The purpose of the work was to study the ability of the NOS inhibitor T1023 to prevent late radiation injuries. Methods: the effects of T1023 (75 mg / kg, once i.p. 30 minutes before the irradiation) on the development of post-radiation pulmonitis and pneumofibrosis in rats with thoracic exposure to g-radiation at  a dose of 12.5 Gy were studied histopathologically and morphometrically. The results of the studies showed that there wasn’t a significant objective effect of T1023 on the development of early radiation-induced lung injuries  (9 weeks after irradiation). But it prevented late radiation induced lung injuaries (26 weeks after irradiation) – there were a significant lesser pathomorphological manifestations of post-radiation pulmonitis, proliferation of connective tissue and the development of fibrotic changes in the lung parenchyma. At this stage, the action of T1023 clearly contributed to the preservation of the normal histostructure of the lungs, reducing by 40% the content of compaction zones in the parenchyma. The ability of the NOS inhibitor T1023 to significantly limit the development of lungs late radiation reaction confirms the promise of further development  of this compound as a means for prevention radiation therapy complications.Целью работы являлось изучение способности ингибитора синтаз оксида азота Т1023 к профилактике поздних лучевых повреждений. Методы работы включали гистопатологические и морфометрические исследования влияния радиозащитного действия соединения Т1023 (75 мг/кг, однократно внутрибрюшинно за 30 мин до облучения) на развитие постлучевого пульмонита и пневмофиброза у крыс при торакальном воздействии γ-излучения в дозе 12,5 Гр. Результаты исследований показали, что радиозащитное действие соединения Т1023 не оказывало существенного объективного влияния на раннем этапе (9 недель) развития радиационно-индуцированных повреждений легких. Но на этапе полного развития лучевой реакции легких (26 недель) превентивное радиозащитное действие Т1023 сопровождалось объективно выраженным и статистически значимым ограничением патоморфологических проявлений постлучевого пульмонита, разрастания соединительной ткани и развития фиброзных изменений в паренхиме легких. На этом сроке действие Т1023 отчетливо способствовало сохранению нормальной гистоструктуры легких, снижая на 40% содержание в паренхиме зон уплотнения. Показанная в работе способность ингибитора синтаз оксида азота Т1023 существенно ограничивать развитие поздней лучевой реакции легких подтверждает перспективность дальнейшей разработки этого соединения в качестве средства профилактики осложнений лучевой терапии

HEAT DISSIPATION ON THE LATERAL SURFACE OF CYCLONE CHAMBER WITH ASYMMETRICAL TWO-WAY GAS INPUT AND OUTPUT

The heat dissipation on the lateral surface of the cyclone chamber working volume with asymmetrical input and output of gases is considered in the present paper in contrast to the previously executed [1–10]. The relative values of input gas flow and the relative diameters of the outlet are different in each of the halves of the working volume. The heat dissipation by convection to the swirling airflow was studied by the method of variation of the aggregate state of the heating agent – water vapor slightly superheated (at 2–3 °С) condensation. Collecting the condensate produced from the work site through a water lock, providing maintaining of constant pressure in the calorimeter. The quantity of heat transmitted during the experiment was determined by the amount of collected condensate.In the experiments on the camera with two-sided asymmetric output relative gas outlet diameter on one side of the camera varied Relative diameter of the outlet on the other hand remained constant. In the experiences on the camera with the bilateral asymmetrical conditions for the introduction of gases the asymmetry of the introduction of flow was created due to a change in the relative entrance area whoo remained constant. Local heat transfer coefficient was determined for different values dimensionless longitudinal coordinate coinciding with the axis of the chamber, directed toward the outlet, measured from the middle section of the working volume. Еquations for calculation of heat transfer coefficients on the lateral surface of the howling cyclone chambers with unbalanced input and output gases, оbtained in this paper, give the satisfactory agreement of the calculated and experimental data that allows to recommend to their practical application

Physical and Numerical Simulation of Aerodynamics of Cyclone Heating Device with Distributed Gas Input

The paper presents results of physical and numerical simulation of aerodynamics of a cyclone heating device. Calculation models of axial and radial flow motions at various outlet diameters and also cyclone flow motion trajectory have been developed in the paper. The paper considers and compares experimental and calculated distributions of tangential and axial component of full flow rate. The comparison of numerical and physical experimental results has revealed good prospects concerning usage of CFX ®10.0 programming complex for simulation of aerodynamics of cyclone heating devices and further improvement of methodologies and their aerodynamic calculation

Oscillatory Characteristics of Flow Rate in Cyclone Chambers of High Relative Length

The paper describes an experimental investigation pertaining to distribution of oscillatory and averaged tangential and axial velocities of turbulent flow in cyclone chambers of high relative length. It has been shown that as in the chambers of relatively small length (close to unit length) general level of velocity pulsation intensity significantly exceeds the level observed in the chambers of analogous use with non-tightened-up heat carrier