MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH TÁCH BỤI VỚI MÔ HÌNH CYCLONE BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORKS SIMULATION VÀ KIỂM TRA VỚI MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM

Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng năm học 2020 2021. SVTH: Nguyễn Huy Sơn, Nguyễn Văn Thanh Hà; GVHD: TS. Lê Hoàng Sơn. MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH TÁCH BỤI VỚI MÔ HÌNH CYCLONE BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORKS SIMULATION VÀ KIỂM TRA VỚI MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM. Tóm tắt – Xiclon là một thiết bị dùng để xử lý bụi giúp giảm thiểu ô nhiểm môi trường không khí ở các khu công nghiệp. Nghiên cứu sử dụng phần mềm Solidworks Simulation để mô phỏng quá trình tách bụi xảy ra trong xiclon và sử dụng một mô hình thực nghiệm để kiểm chứng. Ngoài ra nghiên cứu còn trình bày ảnh hưởng của đường kính xiclon, loại xiclon vận tốc đưa khí vào và đường kính hạt bụi lên hiệu xuất xử lý. Kết quả của nghiên cứu là đưa ra khuyến cáo sử dụng xiclon sao cho hiệu quả nhất và có một mô hình trực quan sử dụng trong giảng dạy môn Kiểm soát ô nhiễm môi trường không khí.

Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng năm học 2020 - 2021 MƠ PHỎNG Q TRÌNH TÁCH BỤI VỚI MƠ HÌNH CYCLONE BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORKS SIMULATION VÀ KIỂM TRA VỚI MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM SIMULATION ABOUT PROCESS DUST COLLECTION WITH THE CYCLONE MODEL DESIGNED BY SOLIDWORKS SIMULATION SOFTWARE AND CHECK WITH REAL EXPERIMENTAL MODEL SVTH: Nguyễn Huy Sơn*, Nguyễn Văn Thanh Hà** Lớp *16MT, **17QLMT, Khoa Môi trường, Trường đại học Bách khoa Đà Nẵng; Email: nguyenhuy.son0502@gmail.com, trachthienky560@gmail.com GVHD: TS Lê Hồng Sơn Khoa Mơi trường, Trường đại học Bách khoa Đà Nẵng; Email: lhson@dut.udn.vn Tóm tắt – Xiclon thiết bị dùng để xử lý bụi giúp giảm thiểu nhiểm mơi trường khơng khí khu công nghiệp Nghiên cứu sử dụng phần mềm Solidworks Simulation để mơ q trình tách bụi xảy xiclon sử dụng mơ hình thực nghiệm để kiểm chứng Ngồi nghiên cứu cịn trình bày ảnh hưởng đường kính xiclon, loại xiclon vận tốc đưa khí vào đường kính hạt bụi lên hiệu xuất xử lý Kết nghiên cứu đưa khuyến cáo sử dụng xiclon cho hiệu có mơ hình trực quan sử dụng giảng dạy mơn Kiểm sốt nhiễm mơi trường khơng khí Từ khóa – Xiclon; thiết bị lọc bụi ly tâm; xiclon LIOT; mô xiclon; Solidworks simulation, phân bố vận tốc, hiệu suất xử lý, tối ưu hoá Đặt vấn đề 1.1 Hiện trạng Một vấn đề đặt cho Việt Nam bước vào thời kỳ cơng nghiệp hố cải thiện nhiễm môi trường chất phát sinh từ công nghiệp hoạt động sản xuất Chất lượng môi trường khơng khí vấn đề quan tâm nay, ngày lượng khí thải khổng lồ thải từ hoạt động giao thông vận tải cơng nghiệp hầu hết nhà máy xí nghiệp chưa xử lý xử lý chưa đạt yêu cầu Đặc biệt vấn đề ô nhiễm bụi mơi trường khơng khí làm ảnh hưởng lớn đến sức khỏe người môi trường xung quanh Điển ngành cơng nghiệp luyện kim xi mạ, vật liệu xây dựng, sản xuất phân bón, chế biến gỗ, trình sản xuất phát sinh bụi thô đập, nghiền, sàng,… Giải pháp lắp đặt thiết bị xử lý nhà máy công việc cần thiết để giảm thiểu ô nhiễm mơi trường khơng khí Xiclon thiết bị lọc bụi ly tâm sử dụng phổ biến Việt Nam giới giá thành rẻ, cấu trúc đơn giản, vận hành dễ dàng có cơng suất lớn Tuy nhiên, q trình học tập sinh viên khó hình dung cấu trúc quỹ đạo chuyển động dịng khí hạt bụi xiclon, khó khăn tìm kiếm loại tài liệu liên quan Thêm vào hạn chế lớn ứng dụng khó khăn việc xác định hiệu suất xử lý 1.2 Mục tiêu Để giải vấn đề trên, nghiên cứu tập trung vào hoàn thành mục tiêu xây dựng mơ hình 3D với Abstract - Cyclone is a device used to treat dust to help reduce air pollution in industrial zones This study uses “Solidworks Simulation” software to simulate the dust collection process that takes place inside xiclon and uses experimental models to verify In addition, the study also presents the effects of cyclone diameter, intake flow velocity and particle diameter on treatment efficiency The results of the study are to recommend the most effective use of cyclone and have a visual model used in teaching Air pollution control Key words - Cyclone; centrifugal dust collector; cyclone LIOT; cyclone simulation; Solidworks simulation; velocity distribution; collection efficiency; optimization loại xiclon khác mô trình tách bụi xảy xiclon; xác định hiệu suất xử lý số xiclon nhằm đưa khuyến cáo sử dụng xiclon cho có hiệu lọc bụi cao kinh tế nhất; sau kiểm tra mơ hình thực nghiệm Đối tượng nghiên cứu - Xiclon LIOT, Xiclon Stairmand, xiclon SN-15 - Thơng số: Vận tốc vào, đường kính hạt bụi, đường kính thiết bị, loại xiclon - Các loại bụi: mùn cưa, xi măng, bột mỳ, vụn sắt Hình 1: Tiêu chuẩn xiclon LIOT Nguồn: GS Trần Ngọc Chấn, Kỹ thuật thơng gió (2011) SVTH: Nguyễn Huy Sơn, Nguyễn Văn Thanh Hà; GVHD: TS Lê Hoàng Sơn hướng dẫn dạng Word Thiết lập điều kiện đầu vào với xiclon LIOT, xiclon Stairmand, xiclon SN-15 đường kính D = 1600 mm: vận tốc khí vào xiclon V = 15 m/s, đường kính hạt bụi d = 10.10-6 mm, tỷ trọng bụi ρ = 1200 kg/m3; điều kiện môi trường áp suất P = 101325 Pa, nhiệt độ t = 30 °C 3.2 Đánh giá hiệu suất xử lý số xiclon Thiết lập điều kiện đầu vào với thông số thay đổi bảng 1: Bảng 1: Thiết lấp thông số đầu vào thực nghiệm đánh giá hiệu suất xử lý Hình 2: Tiêu chuẩn xiclon Stairmand Nguồn: GS Trần Ngọc Chấn, Ơ nhiễm khơng khí xử lý khí thải – Tập (2001) Hình 3: Tiêu chuẩn xiclon SN Nguồn: PGS.TS Hoàng Kim Cơ, Kỹ thuật môi trường (2001) Nội dụng phương pháp nghiên cứu 3.1 Xây dựng mơ hình 3D loại xiclon mơ q trình tách bụi phần mềm Solidworks Simulation Sau khảo sát nghiên cứu báo xuất bản, nhóm nghiên cứu nhận thấy nhiều nghiên cứu sử dụng phần mềm mơ CFD để dự đốn chuyển động dịng khí quỹ đạo hạt bụi bên xiclon Và hầu hết nghiên cứu đề cập đến chương trình mơ 3D – Solidworks Simulation Trước hết phần mềm có giao diện dễ sử dụng, thay đổi nhiều biến số đầu vào, Thứ hai, cho phép làm thực nghiệm cho kết mà khơng cần tính tốn bổ sung Cuối cùng, Solidworks Simulation cho phép xử lý nhanh chóng cho tất nhu cầu nhà nghiên cứu, đồng thời cung cấp cách hiệu để nhà nghiên cứu phân tích kết cho thực nghiệm Thực vẽ 3D loại xiclon khác nhau; cài đặt mô chuyển động dịng khí bụi xiclon; xuất mặt cắt phân bố vận tốc, áp suất, nhiệt độ xiclon Sau quay video hướng dẫn làm tài liệu Thơng số Thực nghiệm Thực nghiệm Thực nghiệm Loại xiclon LIOT LIOT LIOT, Stairmand, SN-1 Đường kính xiclon D (mm) 1600 Thay đổi 550-1765 1600 Vận tốc khí vào V( m/s) Thay đổi 12 - 24 18 18 Đường kính bụi δ (μm) - 25 - 25 - 25 Khối lượng riêng bụi ρ (kg/m3) 1200 1200 1200 Áp suất môi trường P (Pa) 101325 101325 101325 Nhiệt độ môi trường (°C) 30 30 30 Đường kính bé mà tồn cỡ hạt lớn đường kính bị giữ lại hồn tồn thiết bị lọc người ta cịn gọi “đường kính giới hạn” hạt bụi Ký hiệu δmin δmin = Trong công thức trên: L - lưu lượng, m3/s; ρ - khối lượng đơn vị bụi, kg/m3; μ - hệ số nhớ động lực khơng khí, Pa.s; n - số vịng quay, υg/s; r1 , r2 l - bán kính lõi, vỏ chiều dài thiết bị lọc, m Hiệu lọc bụi theo cỡ hạt δ thiết bị tính theo cơng thức: η(δ) = Với: 3.3 Kiểm chứng với mơ hình thực nghiện Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng năm học 2020 - 2021 3.3.1 Thiết lập mơ hình Mơ hình thực nghiệm thiết kế chai nhựa loại nước lọc Aquafina 1,5L ống xylanh có thơng số thiết kế sau:  Đường kính ống dẫn khí bụi vào: dv = cm  Đường kính ống tâm: dt = 3,5 cm  Đường kính cửa bụi ra: dr = cm  Đường kính thân hình trụ: Dt = cm  Chiều dài ống dẫn khí bụi vào: lv = cm  Chiều cao thân hình trụ: Lt = 19 cm  Chiều cao thân hình nón: Ln = cm Mơ hình sử dụng động DC 380 12V / motor DC RS380PH - C1H20 có thơng số:  Điện áp hoạt động: 12 V  Tốc độ quay ( không tải) điện áp 12 V: 25000 vòng/ phút  Dòng khơng tải: A Hình 4: Bản vẽ mơ hình Hình 5: Bản vẽ 3D 1.1.1 Thực nghiệm: Sự ảnh hưởng kích thước hạt bụi đến hiệu suất làm việc xiclon Để khảo sát ảnh hưởng kích thước hạt đến hiệu suất xử lý bụi mô hình, đề tài sử dụng loại bụi bụi gỗ, có kích thước khác Bảng 2: Các thơng số bụi gỗ để thực nghiệm Mẫu bụi Kích thước (µm) Khối lượng bụi thử nghiệm (g) Vận tốc khí vào (m/s) Khối lượng riêng bụi kg/m3 450-280 44,31 13 210 280-71 43,57 13 210