Siklon tasarımına ilişkin teorik çalışma
Theoretical study of cyclone design
Yazar: NUMAN YÜREK
Danışman: PROF. DR. YAŞAR PANCAR
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Partikül kontrolünü teminen bir siklon sistemi tasarımı için, siklon performansının doğru bir şekilde tahmin edilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada, siklon basınç düşümü, dönüş sayısı ve dolaşım mesafesinin hesaplanması için yeni teorik yöntemler geliştirilmiştir. Akış profili ve siklon boyutları, bir siklon içindeki dolaşım mesafesini belirler. Dönüş sayısı, söz konusu dolaşım mesafesine bağlı olarak hesaplanmıştır. Sonuçlara göre basınç düşümü, siklon çapı ile değil, giriş hızına göre farklılık göstermektedir.

Siklon dış girdabındaki partikül hareketi, kuvvet dengesi denklemini oluşturmak için analiz edilmiştir. Barth' ın "statik partikül" teorisine göre, partiküle etki eden kuvvetler dengelendiğinde, siklonun dış girdabındaki kesme noktası ve toplama olasılığı dağılımı modelleri, teorik analizlerde kuvvet dengesi denklemi ile birleştirildiğinde  partikül (d50 çap ile) toplama olasılığı  %50 olmaktadır.  Siklonun toplama verimi ve siklonun genel veriminin teorik hesaplamalarıyla, farklı tozlar için farklı siklon kesme noktalarına rastlanmıştır.

Rastlanılan ve teorik kesme noktalarından regresyon uygunluğu yolu ile, 1D3D ve 2D2D siklonları için kesme noktası düzeltme modelleri geliştirilmiştir. Regresyon sonuçları, kesme noktalarının, partikül boyut dağılımının (PBD) geometrik standart sapmasına (GSS) nazaran kütlesel medyan çapına (KMÇ) daha duyarlı olduğunu göstermektedir. Söz konusu araştırmada geliştirilen teorik genel verim modeli, düzeltilmiş d50 ve PBD ile siklon toplam veriminin ölçülmesinde kullanılabilir.

Anahtar kelimeler: Basınç düşümü, dönüş sayısı, dolaşım mesafesi, siklon verimi, siklon tasarımı

Abstract:
To design a cyclone abatement system for particulate control, it is necessary to estimate cyclone performance accurately. In this study, new theoretical methods for computing travel distance, numbers of turns and cyclone pressure drop have been developed. The flow pattern and cyclone dimensions determine the travel distance in a cyclone. The number of turns was calculated based on this travel distance. The results show that cyclone pressure drop varies with the inlet velocity, but not with cyclone diameter.

Particle motion in the cyclone outer vortex was analyzed to establish a force balance differential equation. Barth's "static particle" theory, particle (with diameter of d50) collection probability is 50% when the forces acting on it are balanced, combined with the force balance equation was applied in the theoretical analyses for the models of cyclone cut-point and collection probability distribution in the cyclone outer vortex. Cyclone cut-points for different dusts were traced from measured cyclone overall collection efficiencies and the theoretical model for calculating cyclone overall efficiency. 

The cut-point correction models (K) for 1D3D and 2D2D cyclones were developed through regression fit from traced and theoretical cut-points. The regression results indicate that cut-points are more sensitive to mass median diameter (MMD) than to geometric standard deviation (GSD) of particle size distribution (PSD). The theoretical overall efficiency model developed in this research can be used for cyclone total efficiency calculation with the corrected d50 and PSD.

Keywords: Pressure drop, number of turns, travel distance, cyclone efficiency, cyclone design