水力旋流器结构与分离性能研究（二）：溢流管结构

研究了水力旋流器溢流管结构形状对其分离性能的影响，结果表明：溢流管采用３０°渐扩管加锥结构时，水力旋流器处理能力最高；溢流管加虹吸装置时，水力旋流器分离修正总效率最高、分流比最小；采用普通型薄壁直圆管结构时，水力旋流器修正分离粒度ｄ５０Ｃ最小、分离精度α值最高。     

水力旋流器溢流管结构对微细颗粒分离的影响

针对直径为50 mm的小直径水力旋流器,考察了溢流管插入深度和壁厚以及进口流量对微细物料分离效率的影响,并利用正交分析法得到了溢流管最优的插入深度、壁厚及最适的进口流量。此外,考察了两种套筒式溢流管对水力旋流器分离性能的影响。最后,在最优溢流管结构的基础上,探讨了分流比对分离效率的影响。结果表明：水力旋流器的直筒段具有一定的分离作用;对于微细物料的分离,溢流管采用薄壁且插入深度与水力旋流器直筒段长度相当的设计,有利于提高微细颗粒的分离效率。针对水力旋流器溢流管插入深度与其直径的最佳比例,小直径水力旋流器的比大直径水力旋流器的大,表明它们的分离行为存在着较大的差异。     

水力旋流器溢流管结构对微细颗粒分离的影响

针对直径为50 mm的小直径水力旋流器,考察了溢流管插入深度和壁厚以及进口流量对微细物料分离效率的影响,并利用正交分析法得到了溢流管最优的插入深度、壁厚及最适的进口流量。此外,考察了两种套筒式溢流管对水力旋流器分离性能的影响。最后,在最优溢流管结构的基础上,探讨了分流比对分离效率的影响。结果表明:水力旋流器的直筒段具有一定的分离作用;对于微细物料的分离,溢流管采用薄壁且插入深度与水力旋流器直筒段长度相当的设计,有利于提高微细颗粒的分离效率。针对水力旋流器溢流管插入深度与其直径的最佳比例,小直径水力旋流器的比大直径水力旋流器的大,表明它们的分离行为存在着较大的差异。     

水力旋流器新型出口挡板结构对分离性能的影响

针对小直径水力旋流器,设计了不同内置挡板式的溢流管和底流管,实验研究了新型出口挡板结构对水力旋流器分离性能的影响。研究结果表明:内置挡板溢流管适用于处理量较大的工况,与传统溢流管相比,分离效率略有降低,但在高流量下其压降的降低幅度可达11.11%,挡板宜采用相对较窄、较短、三块120°间隔设计方式;底流管内置挡板采用十字交叉结构可稳定内旋流,使分离效率最大可提高5.96%;新型内置挡板的溢流口与底流口相耦合,可同时实现提高分离效率和降低压降的目标。此外,在相同情况下,发现溢流管内置挡板可消除水力旋流器内部的"空气柱",据此推断"空气柱"并非由内部空气形成,而是其内部负压中心形成的某种湍流程度较高的强制旋流涡。     

水力旋流器新型出口挡板结构对分离性能的影响

针对小直径水力旋流器,设计了不同内置挡板式的溢流管和底流管,实验研究了新型出口挡板结构对水力旋流器分离性能的影响。研究结果表明：内置挡板溢流管适用于处理量较大的工况,与传统溢流管相比,分离效率略有降低,但在高流量下其压降的降低幅度可达11.11%,挡板宜采用相对较窄、较短、三块120°间隔设计方式;底流管内置挡板采用十字交叉结构可稳定内旋流,使分离效率最大可提高5.96%;新型内置挡板的溢流口与底流口相耦合,可同时实现提高分离效率和降低压降的目标。此外,在相同情况下,发现溢流管内置挡板可消除水力旋流器内部的“空气柱”,据此推断“空气柱”并非由内部空气形成,而是其内部负压中心形成的某种湍流程度较高的强制旋流涡。     

溢流循环水力旋流器流场特性的数值分析

针对旋流器在运行过程中所产生的短路流、循环流以及分离效率低等现象,提出了一种溢流循环水力旋流器。依据计算流体力学,应用FLUENT软件对其进行了数值模拟,并与现有的双锥水力旋流器进行对比分析,研究了介质条件及操作参数对该旋流器的流场以及分离性能的影响。研究结果表明:溢流循环结构能够改善水力旋流器内部的短路流以及循环流现象,保持原有流场的稳定,还能有效地提高内侧溢流口轻质相体积分数,降低底流口轻质相体积分数,最终实现油水两相高效分离。     

液-液型水力旋流器应用研究

水力旋流器是一种在多个工业部门有着广泛应用的重要分离设备,阐述了水力旋流器的工作原理,应用现状和研究进展,并对今后旋流器的工业应用趋势和新结构的研究提出了展望。     

国内外水力旋流器的研究进展

介绍了水力旋流器的结构及对细粒煤泥的分选原理,国内外研究人员通过选择不同的溢流管直径、长度,锥角,圆柱段直径、长度,底流口直径,循环水密度等参数研究了水力旋流器对细粒煤的分选效果。     

高海拔地区水力旋流器旋液分离过程CFD模拟与结构优化

针对氯化钾冷结晶器溢流液分离问题，提出使用水力旋流器进行固液分离。采用CFD数值模拟方法对水力旋流器的分离过程进行计算，研究在高海拔地区下水力旋流器筒径、溢流口直径、入口流速、锥角等因素对其流动特性和分离性能的影响。结果表明：筒径Dc=200 mm时分离效果最好；溢流口直径d0的增大会使分离效率与压降减小；增大入口流速会使分离效率先上升再下降，且压降随入口流速增大而增大；锥角α减小，水力旋流器分离效率增加并且压降减小，海拔高度的改变基本不改变水力旋流器的分离效率与压降。经分析可知：当Dc=200 mm、d0=56 mm、α=10°、入口流速为9 m/s时，粒径在20μm以上的颗粒分离效率可以达到80%以上，此时压降为0.26 MPa，整体性能最好。     

溢流管直径对旋流器分离效率影响的数值模拟

在溢流管长度L0均分别设定为10mm、15mm、20mm条件下,应用Fluent软件对不同直径的直筒式水力旋流器进行了数值模拟,得到了不同入口速度下的压降和分离效率。结果表明,当溢流管直径为3mm时,旋流器的分离效率最大。旋流器主直径D一定时,使旋流器分离效率最高的直径也是一定的,一般溢流口直径选择经验值为D/(5~8.5)。     

微孔注气式旋流器实用性研究

为了解决我国大部分油田三次采油污水处理难的问题,开发了微孔注气式旋流器,它是旋流分离技术与气浮选技术的巧妙结合.通过试验研究,验证了采用注气的方式可大幅度提高旋流器的分离效率,提高幅度在10％～20％,效率最高值可达95.9％.且微孔注气式旋流器的分流比、气液体积比、入口流量等适用范围都较宽.这为微孔注气式旋流器的现场...     

倾斜入口流道的水力旋流器数值模拟分析

研究入口流道带倾角的水力旋流器模型,用GAMBIT软件建模并划分网格,运用FLUENT软件对其油水分离情况进行数值模拟,分析了传统直入口流道与带倾角入口流道的区别。发现倾斜入口模型压力降明显降低,有助于降低旋流管能耗。倾斜入口模型模拟中,底流处油的浓度较低,分离效果较好。     

优选结构液-液旋流管分离特性

利用库尔特粒径检测技术,对一种优选结构液-液旋流分离管的分离特性进行了较为系统的实验研究。实验测得该旋流管的临界分离粒径为30μm,而相同条件下国外典型产品,即F型旋流管的临界分离粒径为60μm,表明这种优选结构旋流管的分离特性较F型旋流管显著改善;实验结果还表明该旋流管的分离特性随处理量的增加而提高,当处理量为10m~3·h~（-1）时最好;随溢流比的加大而改善,其最佳溢流比为4％～5％;此外,还考察了为含油浓度与粒径分布之间的关系。有关结果为科学严格地评价液-液旋流分离管的分离性能提供了科学依据。     

Particle separation performance by use of electrical hydro-cyclone

A special electrical hydro-cyclone is developed and tested. In the underflow collection box of the hydro-cyclone, it has a central metal rod electrode and a cylindrical metal wall between which the desired DC electrical potential or no potential is applied. Effect of central rod diameter and length on separation cut size was examined. The aqueous suspensions of silica particles with a median diameter of 754 nm were tested using a 20 mm-diameter hydro-cyclone without underflow.

It was found that the zeta potential of particles increased proportionally with the value of pH. The electrical potential exhibits a stronger effect when the suspension indicates high pH value. The cut size decreases with the increase of initial pH values. This result is due to the increased negative zeta potential under high pH condition and negatively charged particles are easily collected by electrostatic force.

The cut size decreases with the increase of electrode diameter. The cut size becomes smallest under high pH, large electrode diameter and long electrode length conditions. For the negatively charged particles, the center electrode should be negative polarity and outer cylindrical wall should be positive. By use of the electrostatic force, the cut size decreases about 9.2% smaller compared to the standard case without electrostatic force.     

除油水力旋流器溢流口结构试验研究

通过对旋流器溢流口结构的深入研究。设计出3种新型溢流口结构──涡流屏蔽罩式、涡流屏蔽罩和涡流探测管组合式以及实心涡流屏蔽管式溢流口。利用MARVERN激光粒度仪,在室内模拟试验装置上进行了分离性能测试,并从粒级效率和压力降两方面综合评价了3种溢流口结构的分离性能。测试和分析结果表明,溢流口直径越小,分离效率越高,压降也略有增大;涡流屏蔽罩式、涡流屏蔽罩和涡流探测管组合式溢流口可以降低压降7％以上,而分离效率基本不变;实心涡流屏蔽管式溢流口和带下倾角的入口流道组合可以大大降低旋流器的压降。     

柱形旋流器油水分离效果研究

建立了一套柱形旋流器油水分离实验流程。通过改变油水两相泵入速度、溢流口流量等操作参数,得到了入口流速、分水率对分离效果的影响趋势,并比较了二级柱形旋流器并联和串联两种连接方式的分离效果。结果表明,一定结构的柱形旋流器存在最优的入口流速和分水率;在2.8 m/s的入口流速下,二级柱形旋流器并联油水分离效果最好。     

多进口旋流器流场特征及分离性能

为了改善单进口旋流器稳定性差、分级效率低等问题,本文提出了多进口旋流器结构。通过数值模拟方法,在恒定入料工况下,对比分析了单、二、三、四进口旋流器的流场特征和分离性能。研究结果表明：增加旋流器进口数量,会对旋流器流场和分离性能产生积极影响,有利于旋流流场径向压力的增大,且进口数量为偶数时,流场径向静压力增强效果更好;旋流器柱段区域流场切向速度增大,有利于强化旋流器分离能力。同时使用Mixture耦合RSM模型预测了离散相CaCO₃颗粒的分离效率,结果表明多进口旋流器可以在低速度入口条件下完成离散相的高精度分离。入料速度为3m/s的工况条件下,多进口旋流器分离50μm、57.5μm颗粒的底流分配率较单进口旋流器分别提升了10.60%、5.59%,对抑制旋流器溢流产品错配率和提高分级精度有积极的影响。因此,增加旋流器进口数量,可以有效提升旋流分级效率和分离精度。     

含水量对油脱水型旋流器性能的影响

通过实验研究了用于含水油脱水的液液旋流器的主要操作特性与分离特性,包括含水量对操作性能和分离性能的影响规律。结果表明,油水混合液的含水量达到一定范围时,有转相现象出现,此时压力降最低,同时含水量对分离性能有显著的影响。因此,一方面可以通过调节底流分率以获得最佳的分离性能,另一方面当含水量较大时可应用较大底流一溢流口径比的旋流器。     

气液旋流分离器气相体积分数和压力降数值模拟

气液旋流分离器工作时,两相混合物从入口管切向进入圆柱形筒体开始分离。所以当入口管和筒体的结构发生变化时,对整个旋流分离带来的影响是直接的。旋流分离之后的气相,是经过溢流管离开体系的,因此当溢流管的结构改变时,气相的最终分离也会受到影响。从溢流管的半径、插入深度、筒体的半径与高度四个方面出发进行数值模拟,每个影响因子设计了六组平行的仿真模拟实验。     

柱状气液旋流器压力场和速度场模拟分析

利用计算流体动力学(CFD)方法,采用流体力学软件FLUENT,针对柱状气液旋流分离器进行了内部流场、压力场和气相浓度的分析,得到了柱状气液旋流分离器的压力降分布特性和速度分布特性。揭示了入口位置及溢流口直径对柱状气液旋流分离器分离性能的影响。经研究发现:要使柱状气液旋流分离器具有低压力损失和高分离效率的综合性能,需要将入口位置和溢流口直径控制在一定范围。