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Keywords:

  • vortex chamber;
  • pressure drop;
  • core size;
  • energy loss;
  • reverse flow

Abstract

In this article we examine confined swirling flows using the integral equations of continuity and energy, along with the minimum pressure criterion. The pressure drop and the core size have been studied in the swirling confined vortex chamber. Both the n = 2 vortex model, with reverse and non-reverse flow, and the free vortex model have been used at the vortex chamber exit plane. The influence of vortex chamber geometry, such as contraction ratio, inlet angle, area ratio, aspect ratio, and Reynolds number, on the flow field has been analyzed and compared with the present experimental data. The pressure drop across the vortex chamber differs from that in pipe flow, due to the mechanism of swirl flow that depends mainly on the intensity of tangential velocity. If the chamber length is increased, the vortex decays producing a weaker tangential velocity (less centrifugal force) that leads to less pressure drop. Based on the present theory, a new approach to determine the tangential velocity and radial pressure profiles inside the vortex chamber is developed and compared with the available experimental data. It shown that the n = 2 vortex model with reverse flow gives better results for strongly swirling flow.

On examine dans cet article des écoulements tourbillonnaires confinés à l'aide des équations de continuité et d'énergie, avec le critère de pression minimum. La perte de charge et la taille du noyau ont été étudiées dans la chambre tourbillonnaire confinée. Le modèle tourbillonnaire n = 2, avec écoulement inverse et non inverse, ainsi que le modèle tourbillonnaire libre ont été utilisés dans le plan de sortie de la chambre tourbillonnaire. L'influence sur le champ d'écoulement de la géométrie de la chambre tourbillonnaire, tels le rapport de contraction, l'angle d'entrée, le rapport de surface, le rapport de forme et le nombre de Reynolds, a été analysée et comparée avec les présentes données expérimentales. La perte de charge dans la chambre tourbillonnaire diffère de celle de l'écoulement en conduit, en raison du mécanisme d'écoulement tourbillonnaire qui dépend principalement de l'intensité de la vitesse tangentielle. Si la longueur de la chambre est accrue, le tourbillon s'affaiblit, produisant une vitesse tangentielle plus faible (moins de force centrifuge), ce qui mène à moins de perte de charge. En s'appuyant sur la présente théorie, on a développé et comparé avec les données expérimentales disponibles une nouvelle méthode pour déterminer la vitesse tangentielle et les profils de pression radiale. On montre que le modèle tourbillonnaire n = 2 avec écoulement inverse donne de meilleurs résultats pour l'écoulement fortement tourbillonnaire.