ما الذي يحكم فعلاً كفاءة الفاصل الإعصاري؟

أكثر رقم يُستشهد به في اختيار الفاصل الإعصاري هو قطر القطع (d₅₀): قطر الجسيم الذي تبلغ الكفاءة عنده 50 %. وهو وحده مضلّل، لأن السؤال الحقيقي: كم من توزيع الغبار الذي لديكم فعلاً سيُلتقط؟

فقد يشترك فاصلان إعصاريان في قيمة d₅₀ نفسها ويختلفان اختلافاً بيّناً في الجانب الدقيق إن اختلف ميلا منحنيي كفاءتهما. والجانب الدقيق هو الذي يحدد عادةً حدّ الانبعاث.

التحميل كثيراً ما يُغفل

عند التحميل الغباري المنخفض يحدث الفصل بحركة الجسيمات المفردة في الحقل الطاردي. وفوق حدّ معين من التحميل تتولى آلية أخرى: إذ تُكنس الجسيمات إلى الجدار بكتلها، وتخرج الكفاءة أعلى مما تتنبأ به نظرية الجسيم المفرد.

ومنهج موشيلكناوتس يعالج هذين النظامين على حدة، ولذلك يعطي عند أحمال الصناعة نتائج أقرب إلى الواقع من المقاربات الكلاسيكية؛ وكتاب هوفمان وشتاين يتناول المنهج وحدود تطبيقه بالتفصيل [1].

والنتيجة العملية: نقل منحنى كفاءة قيس في المختبر عند تحميل منخفض إلى عملية عالية التحميل يضخّم التصميم بلا داعٍ.

النمذجة: صعوبتان في آن

الدوامة لا تماثلية الاتجاه. ففي الجريان الدوّار داخل الفاصل الإعصاري تتبع السرعة المماسّية منحنى يتألف من منطقتي دوامة قسرية ودوامة حرة. ونماذج المعادلتين التي تفترض اضطراباً متماثل الاتجاه تخطئ هذا المنحنى خطأً منهجياً؛ ويلزم نموذج إجهادات رينولدز أو محاكاة الدوامات الكبيرة. انظروا ملاحظة نموذج الاضطراب.

نواة الدوامة تترنّح. فالنواة منخفضة الضغط على المحور لا تثبت؛ بل تتأرجح حوله (نواة دوامية مترنّحة). وهذه ظاهرة عابرة لا يراها الحل المستقر، الذي يميل أيضاً إلى التقليل من تقدير هبوط الضغط.

في جانب الجسيمات. عند تتبّع الطور المنفصل يجب حساب معامل المقاومة بوصفه دالة لعدد رينولدز؛ والمطابقة المجزّأة لمورسي وألكسندر مستخدمة على نطاق واسع لهذا [2]. والعمل بقطر متوسط واحد يمحو أشد الكميات حرجاً — نسبة إفلات الجسيمات الدقيقة. انظروا ملاحظة الجريان متعدد الأطوار.

التفاصيل الهندسية تزن أكثر مما يُتوقع

• عمق غطس أنبوب المخرج. فإن قصر، قَصَرَ الجريانُ الداخل الطريقَ مباشرةً إلى المخرج.
• هندسة المدخل. المداخل المماسّية أو الحلزونية أو المزوّدة بريش تنتج منحنيات سرعة مماسّية مختلفة عند معدل التدفق نفسه.
• قادوس الغبار. الجريان العكسي في القادوس قد يعيد حمل الغبار المفصول؛ وهذا سبب كثير من فجوات الكفاءة في الميدان، وهو في القادوس لا في الفاصل نفسه.

المراجع

1. Hoffmann, A. C. & Stein, L. E. (2008). Gas Cyclones and Swirl Tubes: Principles, Design, and Operation, 2nd ed. Springer. DOI: 10.1007/978-3-540-74696-6
2. Morsi, S. A. & Alexander, A. J. (1972). An investigation of particle trajectories in two-phase flow systems. Journal of Fluid Mechanics, 55(2), 193–208. DOI: 10.1017/S0022112072001806