Покращення параметрів очищення елементів трубопроводу на основі моделювання руху твердих частинок магнетиту в електропровідній рідині

Автор(и)

  • Андрій Сергійович Роговий Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-6057-4845
  • Наталія Борисівна Чернецька-Білецька Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля, Україна https://orcid.org/0000-0002-7782-4003
  • Марія Володимирівна Мірошникова Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля, Україна https://orcid.org/0000-0002-8370-6724
  • Ігор Олегович Баранов Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля, Україна https://orcid.org/0000-0002-1551-0973
  • Євген Вікторович Полупан Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля, Україна https://orcid.org/0000-0003-3594-1858

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.274699

Ключові слова:

електропровідна рідина, магнітне поле, очищення рідин, числовий розрахунок, місцеві опори

Анотація

Унікальні властивості рідин, що можуть взаємодіяти з електричними та магнітними полями використовують у машинобудуванні, техніці та медицині. Можливість впливу магнітного поля на тверді частинки рідини у трубопроводі дозволяє проводити очищення твердих стінок трубопроводу, що є об’єктом дослідження. Магнітні рідини представляють собою розчини феромагнетиків у рідині й їх фізичні властивості у магнітному полі викликають структурні перетворення у таких рідинах.

Розглянуто поводження електропровідних рідин у магнітному полі та використання їх для очищення води від залишків нафти або олії. На основі числового моделювання шляхом сумісного вирішення рівнянь Рейнольдса, Максвелла, нерозривності та моделі турбулентності досліджено рух твердих частинок магнетиту, що входить до складу електропровідної рідини. Визначено фізичні явища руху твердих частинок електропровідної рідини на основі магнетиту в різних елементах трубопроводу, що покращило параметри очищення забруднених нафтою та олією рідин. Магнітні частинки електропровідної рідини досить гарно заповнюють границі перетину, якщо є поворот потоку, як це відбувається у радіаторах. Збільшення інтенсивності магнітного поля приводить до зміни епюри швидкості електропровідної рідини, що заважає частинкам магнетиту проникнути близько до стінки. Збільшення потужності магнітного поля дозволяє відірвати забруднення від стінок трубопроводу разом з твердою частинкою магнетиту. Збільшення зношування в окремих ділянках трубопроводу на 73 % пов’язане з впливом відцентрової сили, що діє на частинку під час повороту.

Раптове розширення потоку ускладнює умови потрапляння частинок до поверхонь труби, що погіршує умови очищення. Кількість частинок на поверхні менше на 82 % у порівнянні з відсутністю раптового розширення

Біографії авторів

Андрій Сергійович Роговий, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра «Гідравлічнi машини ім. Г. Ф. Проскури»

Наталія Борисівна Чернецька-Білецька, Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля

Доктор технічних наук, професор

Кафедра логістичного управління та безпеки руху на транспорті

Марія Володимирівна Мірошникова, Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля

Кандидат технічних наук

Кафедра логістичного управління та безпеки руху на транспорті

Ігор Олегович Баранов, Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра логістичного управління та безпеки руху на транспорті

Євген Вікторович Полупан, Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля

Кандидат технічних наук

Кафедра залізничного, автомобільного транспорту та підйомно-транспортних машин

Посилання

  1. Frank, M., Barleon, L., Müller, U. (2001). Visual analysis of two-dimensional magnetohydrodynamics. Physics of Fluids, 13 (8), 2287–2295. doi: https://doi.org/10.1063/1.1383785
  2. Kim, S. (2021). Hydrodynamics of Anisotropic Liquid Crystals in an Applied Magnetic Field. SIAM Journal on Mathematical Analysis, 53 (3), 3123–3157. doi: https://doi.org/10.1137/19m1310062
  3. Khan, M. A., Kosel, J. (2021). Integrated Magnetohydrodynamic Pump with Magnetic Composite Substrate and Laser-Induced Graphene Electrodes. Polymers, 13 (7), 1113. doi: https://doi.org/10.3390/polym13071113
  4. West, D., Taylor, J. A., Krupenkin, T. (2020). Alternating current liquid metal vortex magnetohydrodynamic generator. Energy Conversion and Management, 223, 113223. doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2020.113223
  5. Lu, P., Fang, R., Ye, Q., Huang, H. (2020). Numerical Research on the Flow Fields in the Power Generation Channel of a Liquid Metal Magnetohydrodynamic System. ACS Omega, 5 (48), 31164–31170. doi: https://doi.org/10.1021/acsomega.0c04379
  6. Ko, S., Kim, E. S., Park, S., Daigle, H., Milner, T. E., Huh, C. et al. (2017). RETRACTED ARTICLE: Amine functionalized magnetic nanoparticles for removal of oil droplets from produced water and accelerated magnetic separation. Journal of Nanoparticle Research, 19 (4). doi: https://doi.org/10.1007/s11051-017-3826-6
  7. Ko, S., Kim, E. S., Park, S., Daigle, H., Milner, T. E., Huh, C. et al. (2016). Oil Droplet Removal from Produced Water Using Nanoparticles and Their Magnetic Separation. SPE Annual Technical Conference and Exhibition. doi: https://doi.org/10.2118/181893-ms
  8. Hartmann, J., Lazarus, F. (1937). Hg-dynamics II. Experimental investigations on the flow of mercury in a homogeneous magnetic field. København. Available at: http://gymarkiv.sdu.dk/MFM/kdvs/mfm%2010-19/mfm-15-7.pdf
  9. Alfvén, H. (1958). Magnetohydrodynamics and the thermonuclear problem. Proceedings of the Second Nations International Conference. Available at: http://www-naweb.iaea.org/napc/physics/2ndgenconf/data/Proceedings%201958/papers%20Vol31/Paper01_Vol31.pdf
  10. Davidson, P. A. (1999). Magnetohydrodynamics in materials processing. Annual Review of Fluid Mechanics, 31 (1), 273–300. doi: https://doi.org/10.1146/annurev.fluid.31.1.273
  11. Narasimha, R., Sreenivasan, K. R. (1979). Relaminarization of Fluid Flows. Advances in Applied Mechanics, 221–309. doi: https://doi.org/10.1016/s0065-2156(08)70311-9
  12. Rogovyi, A., Neskorozhenyi, A., Krasnikov, S., Tynyanova, I., Khovanskyi, S. (2022). Improvement of Vortex Chamber Supercharger Performances Using Slotted Rectangular Channel. Advanced Manufacturing Processes IV, 552–561. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-031-16651-8_52
  13. Azimi, N., Rahimi, M., Zangenehmehr, P. (2021). Numerical Study of Mixing and Mass Transfer in a Micromixer by Stimulation of Magnetic Nanoparticles in a Magnetic Field. Chemical Engineering & Technology, 44 (6), 1084–1093. doi: https://doi.org/10.1002/ceat.202000030
  14. Andrenko, P., Rogovyi, A., Hrechka, I., Khovanskyi, S., Svynarenko, M. (2021). The Influence of the Gas Content in the Working Fluid on Parameters of the the Hydraulic Motor’s Axial Piston. Advances in Design, Simulation and Manufacturing IV, 97–106. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-77823-1_10
  15. Chernetskaya-Beletskaya, N., Rogovyi, A., Shvornikova, A., Baranov, I., Miroshnikova, M., Bragin, N. (2018). Study on the Coal-Water Fuel Pipeline Transportation Taking Into Account the Granulometric Composition Parameters. International Journal of Engineering & Technology, 7 (4.3), 240. doi: https://doi.org/10.14419/ijet.v7i4.3.19794
  16. Widlund, O. (2000). Implementation of MHD model equations in CFX 4.3. Stockholm. Available at: http://ola.widlund.free.fr/doc/TRITA_CFX.pdf
  17. Chernetskaya-Beletskaya, N., Rogovyi, A., Miroshnykova, M., Shtykov, A. (2021). Verification of electrically conductive fluid flow calculation in circular pipes. Collected Scientific Works of Ukrainian State University of Railway Transport, 196, 87–98. doi: https://doi.org/10.18664/1994-7852.196.2021.242076
  18. Ahangar Zonouzi, S., Khodabandeh, R., Safarzadeh, H., Aminfar, H., Trushkina, Y., Mohammadpourfard, M. et al. (2018). Experimental investigation of the flow and heat transfer of magnetic nanofluid in a vertical tube in the presence of magnetic quadrupole field. Experimental Thermal and Fluid Science, 91, 155–165. doi: https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2017.10.013
  19. Andrenko, P., Rogovyi, A., Hrechka, I., Khovanskyi, S., Svynarenko, M. (2021). Characteristics improvement of labyrinth screw pump using design modification in screw. Journal of Physics: Conference Series, 1741 (1), 012024. doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1741/1/012024
  20. Pianykh, A. A., Arkhipov, G. V., Tretyakov, Ya. A. (2020). Mathematical Model of Magnetic Hydrodynamics and Heat Transfer in an Aluminum Reduction Cell. Russian Journal of Non-Ferrous Metals, 61 (1), 65–73. doi: https://doi.org/10.3103/s1067821220010125
  21. Rogovyi, A., Korohodskyi, V., Khovanskyi, S., Hrechka, I., Medvediev, Y. (2021). Optimal design of vortex chamber pump. Journal of Physics: Conference Series, 1741 (1), 012018. doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1741/1/012018
  22. Luo, Y., Fan, X., Kim, C. N. (2021). MHD flows in a U-channel under the influence of the spatially different channel-wall electric conductivity and of the magnetic field orientation. Journal of Mechanical Science and Technology, 35 (10), 4477–4487. doi: https://doi.org/10.1007/s12206-021-0918-0
  23. Sommerfeld, M., Sgrott, O. L., Taborda, M. A., Koullapis, P., Bauer, K., Kassinos, S. (2021). Analysis of flow field and turbulence predictions in a lung model applying RANS and implications for particle deposition. European Journal of Pharmaceutical Sciences, 166, 105959. doi: https://doi.org/10.1016/j.ejps.2021.105959
  24. Ansys CFX. Available at: https://www.ansys.com/products/fluids/ansys-cfx
  25. Rogovyi, A., Korohodskyi, V., Neskorozhenyi, A., Hrechka, I., Khovanskyi, S. (2022). Reduction of Granular Material Losses in a Vortex Chamber Supercharger Drainage Channel. Advances in Design, Simulation and Manufacturing V, 218–226. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-031-06044-1_21
  26. Appadurai, A., Raghavan, V. (2019). Numerical investigations on particle separation in dynamic separators. International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow, 30 (4), 1677–1688. doi: https://doi.org/10.1108/hff-10-2018-0567
  27. Su, W., Shi, X., Wu, Y., Gao, J., Lan, X. (2020). Simulation on the effect of particle on flow hydrodynamics in a slurry bed. Powder Technology, 361, 1006–1020. doi: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2019.10.096
  28. Hutchings, I. M. (1979). Mechanical and metallurgical aspects of the erosion of metals. Proceedings of the International Conference on Corrosion-Erosion of Coal Conversion System Materials. National Association of Corrosion Engineers, 393–428.
  29. Dosanjh, S., Humphrey, J. A. C. (1985). The influence of turbulence on erosion by a particle-laden fluid jet. Wear, 102 (4), 309–330. doi: https://doi.org/10.1016/0043-1648(85)90175-9
  30. Rogovyi, A., Khovanskyy, S., Grechka, I., Pitel, J. (2019). The Wall Erosion in a Vortex Chamber Supercharger Due to Pumping Abrasive Mediums. Advances in Design, Simulation and Manufacturing II, 682–691. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-22365-6_68
  31. Voloshina, A., Panchenko, A., Titova, O., Panchenko, I. (2021). Changes in the dynamics of the output characteristics of mechatronic systems with planetary hydraulic motors. Journal of Physics: Conference Series, 1741 (1), 012045. doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1741/1/012045
  32. Andrenko, P., Hrechka, I., Khovanskyi, S., Rogovyi, A., Svynarenko, M. (2021). Improving the Technical Level of Hydraulic Machines, Hydraulic Units and Hydraulic Devices using a Definitive Assessment Criterion at the Design Stage. Journal of Mechanical Engineering, 18 (3), 57–76. doi: https://doi.org/10.24191/jmeche.v18i3.15414
  33. Syomin, D., Rogovyi, A. (2012). Features of a Working Process and Characteristics of Irrotational Centrifugal Pumps. Procedia Engineering, 39, 231–237. doi: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2012.07.029
  34. Sokolov, V., Porkuian, O., Krol, O., Stepanova, O. (2021). Design Calculation of Automatic Rotary Motion Electrohydraulic Drive for Technological Equipment. Advances in Design, Simulation and Manufacturing IV, 133–142. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-77719-7_14
  35. Panchenko, A., Voloshina, A., Luzan, P., Panchenko, I., Volkov, S. (2021). Kinematics of motion of rotors of an orbital hydraulic machine. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1021 (1), 012045. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/1021/1/012045
  36. Takeuchi, J., Satake, S., Morley, N. B., Kunugi, T., Yokomine, T., Abdou, M. A. (2008). Experimental study of MHD effects on turbulent flow of Flibe simulant fluid in circular pipe. Fusion Engineering and Design, 83 (7-9), 1082–1086. doi: https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2008.08.050
Покращення параметрів очищення елементів трубопроводу на основі моделювання руху твердих частинок магнетиту в електропровідній рідині

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-02-28

Як цитувати

Роговий, А. С., Чернецька-Білецька, Н. Б., Мірошникова, М. В., Баранов, І. О., & Полупан, Є. В. (2023). Покращення параметрів очищення елементів трубопроводу на основі моделювання руху твердих частинок магнетиту в електропровідній рідині. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(5 (121), 38–46. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.274699

Номер

Том 1 № 5 (121) (2023): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Andrii Rogovyi, Nataliia Chernetska-Biletska, Mariia Miroshnykova, Ihor Baranov, Yevhen Polupan

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.