基于分离效率的卧螺离心机CFD分析

从分离效率的角度对卧式螺旋卸料离心机转鼓内的流场进行数值分析.通过剖析推料螺旋与转鼓溢流堰的结构特点可知,转鼓内流体在轴向为薄层流动,在径向由于涡流产生向内流动导致颗粒上浮,这两者对离心机分离效率有决定性的影响.结合CFD数值分析和颗粒的Stokes沉降运动关系,提出将薄层流动与上浮临界粒度应用于离心机分离能力计算的理论和方法.文章通过定义沉降粒度和上浮临界粒度,进一步把分离能力计算与分离效率相关联,使该方法更接近离心机分离工艺的实际情况.通过对工业中典型离心机进行实例计算,证明了该方法的可行性和准确性.     

卧螺离心机生产能力的FCPS理论

针对卧式螺旋卸料沉降离心机∑理论计算生产能力与实际结果偏离较大的问题,提出上浮临界粒度(FCPS)理论,认为离心机转鼓内流体径向流速对沉降分离有显著影响,应用计算流体动力学(CFD)方法和软件FLUENT,分析转鼓内流场,求解出流场轴向速度和径向速度,进一步通过分析颗粒运动来建立生产能力计算模型。初步应用该模型进行了离心机实例计算,显示计算结果与离心机运行结果有较高的吻合度,证明该模型比传统的∑理论更符合实际。FCPS理论有进一步研究价值。     

浮渣分离卧螺离心机内的速度场研究

对一种分离轻质固体浮渣的卧螺离心机进行数值模拟研究,使用Pro-E软件建立三维模型,应用计算流体力学软件Fluent,基于Euler多相流模型,采用RNG k-ε湍流模型既多重参考系(MRF)方法,模拟分析了这种卧螺离心机内的速度场。模拟结果表明,浮渣的轴向速度大都为正值,少量为负值,在转鼓锥段内的轴向速度变化比较明显,在径向的梯度也比较大;浮渣的径向速度在进料、出口与溢流口处变化比较明显,且大都为负;液体以及浮渣的周向速度变化较大,尤其是在进料管以及转鼓壁附近。     

双级活塞推料离心机分离过程的数值模拟研究

双级活塞推料离心机是连续操作的离心机的一种,广泛应用于轻工、化工、冶金、煤炭等行业。双级活塞推料离心机的一级转鼓由于在旋转运动的同时又进行往复运动,流体在转鼓内的流动过程极为复杂,尚没有理论方法能够描述其过滤分离的过程。以P-100型双级活塞推料离心机为例,运用FLUENT软件进行数值模拟,得到了离心机转鼓内的流体流动状态。并针对影响离心机生产能力和分离效果的物料浓度与转鼓旋转角速度进行了模拟研究,结果表明,随着进料浓度的增大,滤饼固含量、固相回收率和澄清液含固率都呈现不断变大的趋势,而离心分离达到稳定的最初时间和滤饼达到最大固含量的最初始轴向坐标值逐渐变小;随着转速的增加,固相回收率、澄清液含固率和滤饼达到最大固含量的最初始轴向坐标值逐步变小,滤饼固含量不断增大,而离心分离达到稳定的最初时间没有特定的规律。同时,数值模拟结果还为离心机结构的优化设计提供了依据。     

卧螺离心机内压力场的数值模拟

卧螺离心机在高浓度固液混合物分离领域中应用广泛,其内部结构复杂,且封闭高速运转,对其内部流场实时监测难度大,缺乏对其内部流场特性的了解,进而影响对其分离性能的研究。本文应用计算流体力学软件Fluent,采用RNG k-ε湍流模型多重参考系(MRF)方法,模拟分析了卧螺离心机的内部流场,得到了压力场分布情况。结果表明:模拟液压值与理论液压值之间存在着一个差值,该差值是由于液体转动的滞后造成,且随着转鼓转速的增大而增大。同时还发现,静压、动压均随着径向位置的增大而增大,且静压梯度比动压大;沿转鼓轴向即往排液口方向,静压有递减的趋势,而动压逐渐增大。这可为进一步深入研究卧螺离心机提供参考。     

基于Euler多相流模型的卧螺离心机速度场数值模拟与分析

应用计算流体力学软件Fluent,基于Euler多相流模型,在多重参考系坐标下,选用RNG k-ε湍流模型,对卧螺离心机内部的三维速度场进行了数值模拟和分析。结果表明：当液体进入转鼓后,对沉降分离起主要作用的周向速度迅速增大,经过较短的距离即可获得稳定的流动状态,且沿转鼓轴向变化较小;轴向速度沿径向的梯度在转鼓柱段较小,而在锥段较大,且在靠近转鼓的区域,锥段的轴向速度比柱段的大;径向速度复杂多变,无明显规律,流动受几何结构的影响很大。     

LWS400卧螺离心机参数变化对转鼓强度和刚度的影响

采用Solid Works软件建立LWS400卧螺离心机转鼓几何模型并导入ANSYS Workbench软件中进行有限元分析。分别改变转鼓转速、转鼓壁厚和液池深度三个参数并讨论由此对转鼓强度和刚度的影响,以便为后续的优化设计方案提供参考。讨论结果表明:转鼓转速的提高或壁厚的减小都对转鼓强度和刚度有明显的影响,液池深度的变化对转鼓强度和刚度的影响不大。     

压载水旋流器结构因素对分离性能影响分析

随着全球贸易和船舶运输的发展,压载水对环境的影响越来越大。水力旋流分离设备是压载水净化的重要固液分离设备。本文使用计算流体力学,建立数学模型模拟压载水旋流分离过程,模型包括多相湍流雷诺应力模型RSM、处理气液界面的自由表面多相流动模型VOF、处理固体颗粒运动规律的离散相模型DPM。通过数值模拟计算柱段长度、底流口直径和溢流口直径这几个关键因素对旋流器内部流场和分离效率的影响,获得了各个因素对分离效率的影响规律：柱段长度变化对旋流器分离效率的影响不大;底流口直径对旋流器压力降的影响不明显,但对分流比的作用比较大;溢流管直径的增大有助于降低能耗和增大溢流口流量,但随着溢流管直径的增大,分级粒度变大。这些规律为高效旋流分离净化压载水奠定了基础。     

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。     

溢流管结构对天然气水合物用旋流器分离性能的影响

建立了主直径100 mm的旋流器模型,采用计算流体力学(CFD)方法研究了溢流管内径、插入深度及壁厚对旋流器分离天然气水合物性能的影响规律。结果表明,入口流速为9 m/s时,随溢流管内径增大,水合物分离效率增大,砂的分离效率降低,旋流器的压力降逐渐减小;随溢流管壁厚增大,水合物和砂的分离效率稍有增大,旋流器的压力降先增大后减小;随溢流管插入深度增大,水合物分离效率先减小后增大,砂的分离效率先增大后减小,旋流器的压力降波动较小。溢流管内径对旋流器分离天然气水合物性能的影响最大,插入深度次之,壁厚的影响最小。     

卧螺离心机内盐析流场的CFD-PBM耦合计算

目前对卧螺离心机内部流场的数值模拟大多采用传统欧拉模型,考虑其内部伴有盐析等固相粒子微观行为过程的研究少有报道。本文应用计算流体力学软件Fluent,基于群体平衡模型与多相流Eulerian模型、RNG k-ε模型耦合方法,对卧螺离心机内部盐析两相流场进行三维数值模拟,通过仿真与实验相结合的方式,得到卧螺离心机内盐析流场的晶体颗粒粒径分布、组分数分布和浓度分布及其变化规律,初步揭示了卧螺离心机内伴有盐析的流场晶体颗粒分布特性。研究结果表明：卧螺离心机内盐析晶体粒径的分布随液环半径的增大而增大,螺旋叶片正壁面粒径明显较背面大,从排液端至排渣端的晶体粒径分布有整体逐渐变大的轴向粒径梯度;流道内晶体粒径随转鼓转速的增大而减小,随进口固相体积分数的增大而增大;大粒径晶体的组分数在液环外侧及螺旋叶片正面附近相对较大,而中、小粒径晶体组分数的分布规律则与之相反;盐析颗粒浓度在液环外侧较高且分布均匀,且随转鼓转速的提高而提高,PBM模型与Euler模型计算结果有一定的相似与差异。     

三级活塞推料离心机数值模拟与操作参数优化

针对新型三级活塞推料离心机的研发,在转鼓尺寸和物料增大情况下,操作参数对分离过程中转鼓内侵蚀现象和分离效率有重要影响。采用样机实验结合CFD数值模拟,对三级活塞推料离心机进行三维建模和仿真,并利用密集离散粒子模型(DDPM)模拟侵蚀过程。基于粒度分析可知,氯化钠颗粒粒径dm为0.070~0.200 mm时,随颗粒粒径增加,固相对离心机转鼓内部的侵蚀越大。结合响应面分析法可知,响应模型各因素的交互影响明显,以更高分离率与更低侵蚀率作为评价指标,得出最优值为推料频率40次/min、转鼓转速1431 r/min、进料浓度60%。与实验数据进行对比,模拟结果的误差在可接受范围内。     

卧螺离心机用于盐泥固液分离时转鼓转速对流场特性的影响

对矿井采卤制盐工艺产生的盐泥使用卧螺离心机进行固液分离,应用计算流体力学软件Fluent,基于多相流Eulerian模型、RNG k-ε湍流模型及多重参考系（MRF）方法,对卧螺离心机流体域进行三维数值模拟,采用仿真与实验相结合的方式,研究了转鼓转速与分离特性的关系,结果表明：卧螺离心机在考虑螺旋叶片情况下比忽略螺旋叶片时切向速度滞后系数有明显提升;提出修正离心液压的概念,通过该理论数值证明分离液静压值与理论值的误差源于切向速度的滞后;当转鼓转速达3000r/min以上继续提高时,沉渣固相质量分数不会随之继续增大;分离液中固相微粒的沉降速度随转速增大会小幅均匀增大;实验表明卧螺离心机用于高浓度卤水高速离心时,将在径向产生一定程度的NaCl浓度梯度,溶质浓度在分离液外层较高,内层较低。     

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。     

矩形进料口旋流器长宽比对分离性能的影响

采用计算流体力学(CFD)方法对进料口长宽比为4:1、3:1、2:1、1.5:1、1:1的五种旋流器进行了模拟,研究进料口长宽比对旋流器内部的速度场、压降和颗粒运动轨迹的影响规律,并与实验结果进行了对比验证。结果表明:在相同的进口当量直径和进料速度条件下,增大进料口长宽比,流体的切向速度与径向速度明显增加,有利于提高分离精度,但当长宽比大于3时这一增加趋势变缓;随进料口长宽比的增大,压力降呈递增趋势,分离粒度变小;不同粒径颗粒的运动轨迹分布表明,增大进料口长宽比,可以有效减少底流夹细和溢流跑粗现象。从上述角度来看,当进料口长宽为3时,狭长型进料口更有利于分级。     

液-液水力旋流器压力场分布规律分析

利用Fluent软件,选用雷诺应力模型对液-液水力旋流器的压力场分布规律进行研究。通过数值模拟得出了压力场的分布规律:从旋流器的顶部沿轴向向下压力逐渐降低;随着半径的减小,压力也逐渐降低,在中心部位的内旋流区压力损失较大,溢流口处压力降至最低,此处的压力降也最大;入口处的压力损失占总压力损失的40%左右,这部分能量损失对分离不起作用;随着流量的增加底流压力降呈指数形式增加。     

除油型水力旋流分离器压降研究

:采用各向异性k-ε模型,用有限差分法,以SIMPLE算法为基础对旋流器内流场进行了数值模拟。通过数值计算得到了在流量一定的情况下,随溢流比的增加,进料口与溢流口之间的压力降△Piu增大,进料口与底流出口之间的压力降△Pid几乎不变。△Piu与△Pid随进料流量的增大而增大,△Piu随溢流管孔径的减小而变大,△Pid几乎不变。通过算例与实验校验,得出各向异性k-ε模型能够模拟旋流器内湍流流场。     

导叶式液液旋流器内油相浓度分布数值模拟

采用雷诺应力模型（RSM）和双流体模型对导叶式液液旋流器内的油相浓度分布进行数值模拟,考察了操作参数、物性参数和空气柱对油相浓度分布的影响,将模拟所得分离效率与实验结果进行对比,可靠性得到验证。结果表明：油水两相流场中,油相浓度随径向位置的增大而减小,随轴向位置的减小而减小;结合Stokes定律分析,发现在入口流速增大、油水密度差增大和入口油相浓度增大时,油相更易向轴心处聚集由溢流口排出,有助于提高分离效果;空气柱的存在从根本上改变了旋流器内原有油水两相的浓度分布规律。     

微旋流沉降器分离效率的准数模型

通过因次分析和实验数据回归建立了新型微旋流沉降器的无因次准数模型。用模拟悬浮液通过改变流体流量?原水浊度?絮凝剂量?沉降器波纹板斜槽的直径进行沉降实验,测定进水流量、絮凝体沉速、进出水及澄清器内各点溢流水的浊度。结果表明:絮凝体沉速对出水浊度的影响最大;流体流速较小时,增大流速出水浊度减小,流速较大时,增大流速出水浊度增大;波纹斜槽直径越小分离效率越高。实验数据回归的分离效率准数模型与实验及工业数据吻合良好。     

三相卧螺离心机设计分析及结构参数对分离效果的影响

首先提出了用于油水砂分离的三相螺旋沉降式离心机两种结构模型。通过CFD数值计算发现,带有轴向管法兰的三相卧螺离心机结构模型存在一定的缺陷,即管法兰上有堵砂的情况出现且分离效率较低。通过改进设计,可调溢流挡板的三相卧螺离心机结构模型是可取的。该模型有较高的油相回收率,且固相也相对较干燥,适用于油水固三相分离。该模型还具有水与油砂分离、油水与砂分离或油与水砂分离等几种不同的排液方式。对此三相卧螺离心机加工制造,搭建实验平台,通过实验研究发现,此种结构的三相卧螺离心机对油相的分离效率较高,挡板圆弧中心到转鼓中心轴的距离对分离效率有着不同的影响。