Computer simulation of a Rietema-family hydrocyclone used in irrigated agriculture1

Abstract

-The hydrocyclone is a centrifugal separator that has been used for over 50 years in the chemical processing and mining industries. In irrigated agriculture in Brazil it is not used as often. One reason for this is the poor understanding by designers of the complex phenomena involved in the internal flow of the hydrocyclone, and the lack of knowledge of new computational tools available on the market. This study evaluates the use of Computational Fluid Dynamics (CFD) as a potential tool to be used in the design and optimisation of hydrocyclones used in irrigated agriculture. A 50 mm Rietema-family hydrocyclone is simulated using CFD. The turbulent flow inside the hydrocyclone is modelled using the Reynolds Stress Model, and a Eulerian approach is employed to model the multiphase flow. Numeric validation is performed by comparing the results of the simulation with data found in the literature. The global mass balance observed for both the single-phase and multiphase flows shows good agreement of the obtained results with data in the literature. Furthermore, the static pressure field, the axial and tangential velocity and the volume fraction of sediments in the hydrocyclone are obtained. The article shows that CFD is a useful tool in explaining the process of sediment separation in the hydrocyclone, and can therefore be used in the design and optimisation of such equipment. RESUMO -O hidrociclone é um separador centrífugo que vem sendo utilizado a mais de 50 anos nas indústrias de processamento químico e de mineração. Na agricultura irrigada no Brasil ele não é utilizado com a mesma frequência. Um dos fatores para isto é o pouco entendimento, por parte dos projetistas, dos complexos fenômenos envolvidos no escoamento interno dos hidrociclones e no desconhecimento de novas ferramentas computacionais disponíveis no mercado. Neste estudo avalia-se o uso da Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD), como uma ferramenta potencial, a ser usada no projeto e otimização de hidrociclones aplicados à agricultura irrigada. Um hidrociclone da família Rietema de 50 mm é simulado utilizando a CFD. O escoamento turbulento dentro do hidrociclone é modelado utilizando o modelo Reynolds Stress Model e o escoamento multifásico é modelado através de uma abordagem Euleriana. A validação numérica é feita comparando os resultados da simulação com dados presentes na literatura. Os balanços de massas globais observados tanto para o escoamento monofásico quanto para o multifásico mostram uma boa concordância dos resultados obtidos com os dados presentes na literatura. Além disto, o campo de pressão estática, a velocidade axial e tangencial, e a fração em volume dos sedimentos dentro do hidrociclone são obtidos. O artigo mostra que a CFD é uma ferramenta útil em explicar o processo de separação dos sedimentos no hidrociclone e pode, portanto ser utilizada no projeto e otimização destes equipamentos.Palavras-chave: Pré-filtragem. Dinâmica dos fluidos computacional. Escoamento multifásico. Tamanho de partícula. *Autor para correspondên...

Experimental study of the separation performance of a novel sewage hydrocyclone used in sewage source heat pump

“…Suppose an indirect measurement parameter Y is a function of the direct measurement parameters 1 2 3 ,, n X X X X : 26 Then the error transfer formula is: …”

“…Until recently, the hydrocyclone has been successfully and widely used in mineral industry [17], coal industry [18,19], chemical industry [20], environmental engineering [21], petroleum industry [22], pulp and paper industry [23], food industry [24], biological industry [25], agriculture [26], etc. Although the separation efficiencies, for materials with various different conditions, are significantly different, the separation performances of hydrocyclones in a number of specific industries are extremely outstanding.…”