固-液微型水力旋流器的实验研究与数值模拟

采用正交试验和计算流体力学(CFD)的方法,对固-液微型水力旋流器进行了初步研究。实验采用的微米级固体颗粒分别为1250目和2500目的滑石粉颗粒。首先通过正交试验研究了微型旋流器处理量和进料浓度对两种粒径的滑石粉溶液的分离效率的影响,得到较优的分离操作条件。然后利用CFD的方法对微型水力旋流器的内部流场进行数值模拟,湍流相采用雷诺应力(RSM)模型,再加入离散颗粒进一步模拟微型水力旋流器内颗粒运动,其中离散相采用离散相(DPM)模型。最终得到水力旋流器的流场的压力和速度分布云图及固体颗粒运动轨迹,为进一步优化微型水力旋流器的结构参数提供了参考。     

水力旋流器内颗粒运动的几个问题

简要论述了水力旋流器内颗粒运动的几个主要问题,包括固液两相以及颗粒间的相互作用,旋流器内不同区域的颗粒运动特征,颗粒运动与流体运动的联系与区别,流体湍流对颗粒运动的影响,颗粒粒度与浓度在旋流器内的分布等。     

液-液水力旋流器中的液滴破碎

在总结前人研究成果的基础上,分析了液-液水力旋流嚣中液滴破碎产生的原因,指出流场的湍流特性是产生液滴破碎的主要原因。对水力旋流器中的湍流度、雷诺切应力及颗粒的湍动能进行了分析,给出了水力旋流器中液滴破碎可能性较大的几个部位,并对旋流器边壁液滴破碎的可能性进行了讨论。分析了水力旋流器中液滴破碎的机理,阐明了液滴破碎判据——临界Weber数的表达式,并对理想球形液滴的破碎进行了分析。     

液-液水力旋流器两相湍动流数值模拟研究进展

对水力旋流器内的单相流场和液．液水力旋流器轻相浓度场两个方面的数值模拟研究进行了论述,通过分析国内外近二十年的重要研究成果,提出了今后液-液水力旋流器内两相湍流场数值研究的重点和发展方向。     

水力旋流器内流体流动的湍流数值模拟研究进展

对水力旋流器内流体流动的湍流数值模拟研究进行了综合介绍,并就各种水力旋流器的湍流模型进行了分析和评述,提出了水力旋流器的湍流数值模拟研究的新方向。     

水力旋流器内固体颗粒的沉降

水力旋流器内固体颗粒的离心沉降是一种复杂的两相流行为。从分析固液体系的相互作用，分别讨论了颗粒的自由沉降、干涉沉降问题，提出了高浓度下水力旋流器内颗粒之间的几种碰撞模式，阐述了旋流器内颗粒沉降的特殊性及其与使流器工作和旋流器结构间的可能联系，并指出了离心沉降本身有待深入研究的若干问题。     

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。     

水力旋流器固相颗粒径向速度研究

利用粒子动态分析仪(PDA)对水力旋流器内固相颗粒的径向速度进行了实测研究,得出了固粒径向速度的经验公式,并从理论上分析了固相颗粒的径向速度。本研究还探讨了固相颗粒径向速度对分离性能的影响,给出了一个描述水力旋流器内固粒径向速度与分离效率间的数学关系式。     

水力旋流器数学模型的研究与进展（二）

３水力旋流器的经验数学模型由于水力旋流器内部流体的流动及固相颗粒的运动非常复杂，从理论上推导水力旋流器分离用数学模型并不容易，并且推导出的理论模型均是在大量的假设情况下得出的，因而预测精度不高。所以很多研究人员根据实验，利用回归分析方法建立了大量的经...     

导向叶片对导叶式旋流器内流场的影响

借助Fluent软件,采用雷诺应力模型对导叶式水力旋流器进行了数值模拟,得到了内部流场的轴向速度、切相速度和径向速度的分布规律,对比不同结构参数的导向叶片对旋流器内速度场的影响。通过分析,导叶式旋流器的叶片有最适宜的角度,它可减小湍流脉动,增加旋流器分离的稳定性。     

旋流器排口比对固粒轴向流场的影响

通过对ＰＤＡ测得的不同条件下的轴向场的分析，提出了水力旋流器内固相颗料向速度场的新的分析概念。并对测得的数据进行计算机拟合，得出了各区域内颗粒轴向速度的计算公式，为固相颗粒运动轨迹的计算提供了依据。     

Evaluation of the Effect of the Coriolis Force in Swirling-Flow Apparatuses

It was found that, in hydrocyclones under the action of the Coriolis force, the velocity of solid particles in the outer, downward flow decreases and their velocity in the inner, upward flow increases. In screw centrifuges and vortex dust collectors, the Coriolis force has no appreciable effect on the peripheral velocity of a particle.     

Effects of geometric and operating parameters and feed characters on the motion of solid particles in hydrocyclones

The effects of geometric and operating parameters and feed characters on the motion of solid particles in hydrocyclones were experimentally investigated by using a new type of laser surveying instrument named particle dynamics analyzer. The absolute radial velocity of solid particles decreases with increasing the positional radius, and the axial distribution curves of the particle radial velocity are parabolic. The particle radial velocity increases with increasing the inlet pressure or with increasing the diameter of the underflow pipe. When the particle density or the particle size increases, the absolute radial velocity of the solid particles decreases. The particle radial velocity also decreases with increasing the feed particle concentration. The axial distribution curves of the particle axial velocity are also parabolic. The axial velocity in the inner helical flow increases with the increase of the flow rate of overflow; while that in the lower positions in the outer helical flow increases with increasing the flow rate of underflow.     

Analysis of dilute solid–liquid suspensions in turbulent stirred tanks

In this work, dilute suspensions of solid particles in stirred tanks are investigated by Particle Image Velocimetry measurements, which were specifically designed to determine the effects of the dispersed phase on mean velocity and turbulence levels of the continuous phase and the local solid–liquid slip velocity. In order to determine the effect of particle size and concentration, glass particles of narrow size distribution were selected; the particle content was increased stepwise up the maximum of 0.2 vol.%. Overall, moderate dampening of liquid turbulent fluctuations was found with the smaller particles, while turbulence enhancement was observed with the bigger ones. Continuous phase turbulence was found to affect the local map of the particle settling velocity, which was also discussed on the basis of a force balance analysis. The reduction of particle settling velocity due to free stream turbulence under specific conditions is confirmed.     

含细长颗粒的洗涤冷却室内的多相分布特性

采用改进的直接取样法,在按几何尺寸缩小的工业气化炉洗涤冷却室冷模装置内,同时测量不同操作条件下的轴径向局部固含率和气含率,对细长颗粒在洗涤冷却室内的多相分布特性进行研究。结果表明：以下降管出口截面为界,洗涤冷却室可分为上部气液固混合区和下部固液流动区,其中上部区域由下降管出口区、破泡板作用区和气垫层区组成,下部区域由气相湍动作用区、回流区和二次流动区组成;在颗粒阻碍效应减速沉降和团聚效应加速沉降的共同作用下,轴向固含率呈现波动分布;环隙气速、固相体积分数和长径比的增加均会增强床层的湍动,促进气体的径向扩散;操作条件的改变使颗粒的漂移速度发生改变,径向固含率分布出现波动;在气相扰动和回流作用下,二次流动区呈现环状流动,流体和颗粒的"壁面效应"使该区域的固含率呈现中心高边壁低的特点。     

Design and performance evaluation of hydrocyclones for removing micron particles suspended in water

A hydrocyclone for collecting micron-sized hydrosols efficiently has been studied through experimentation. Hydrocyclones separate particles of the dispersed phase from the liquid on the basis of the density difference between the phases. The purpose of this study was to design and evaluate the performance of a high-capacity hydrocyclone for the removal of submicron-sized particles suspended in liquid. Furthermore, the performance of three types of hydrocyclone was evaluated with regard to solid particle density using fly ash and coagulation sludge. The particle cut-size decreases with reducing inlet area and increasing inlet velocity in the hydrocyclone. The hydrocyclones have good performance, which is demonstrated by the optimal cut-size of 20 μm in mass median diameter at the inlet diameter per body diameter ratio of 0.21 and the pressure drop of 72.5 kPa with a particle density of 2,500 kg/m³.     

旋流分离器流体流动理论研究与实践

旋流分离器中流体流动规律的研究是认识其分离机理与能耗规律的基础。通过对单相与两相时均流场的研究，获得了对分离机理的新认识。基于流场的湍动性对分离有重要影响，通过湍流场的研究，获得了湍流度与ｄｓ０的关系式。在探明流动的压力场基础上，揭示了旋流器能耗的机制。在理论研究指导下，研究成功了磷酸污水处理用旋流器、淀粉精制用超小型旋流器、油中除水旋流器和反应器内置式触媒回收用旋流器等。