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。     

操作参数对水力旋流器壁面磨损的影响研究

水力旋流器是利用离心力场加速其内部颗粒沉降和强化分离过程的分离设备。水力旋流器内的介质在离心力场作用下做强烈的旋转运动,对水力旋流器壁面造成冲击和摩擦,因此磨损问题是水力旋流器最主要的失效形式。针对水力旋流器壁面出现的严重磨损问题,采用数值模拟与实验相结合的方法,研究操作参数对水力旋流器壁面磨损规律。利用Fluent求解其内部流场和固体颗粒的运动特性。探究水力旋流器的操作参数进口速度和颗粒粒径对壁面磨损的影响规律。搭建了一套水力旋流器壁面磨损实验装置进行磨损实验,与数值模拟的结果作比较,实验规律与数值模拟相符。     

水力旋流器分离过程的 Monte Carlo 模拟

根据颗粒在水力旋流器中的运动特点，提出了颗粒运动状态的交换构成三角马尔可夫链的观点，建立了水力旋流器分离过程的随机数学模型，并利用ＭｏｎｔｅＣａｒ┐ｌｏ方法进行了数值模拟，模拟程序中采用变参数设计，在输入一定的结构和工艺参数下，由计算机自动生成水力旋流器分离过程的级效率曲线，并给出总效率值；并计算了在不同容量下的模拟精度，结果表明样本容量越大，模拟精度越高     

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。     

固-液-液三相分离水力旋流器结构优化研究

采用计算流体力学软件FLUENT 6.3对三相旋流器结构参数和分离效率的关系进行了数值模拟研究,通过研究发现,调整结构参数,包括:溢流管径、溢流管插入深度、进料管结构、圆筒段结构和集砂桶的结构等,可以极大地提高水力旋流器的分离性能。为今后三相分离水力旋流器的设计、制造提供参考。     

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。     

内锥式脱油旋流器流场分析与结构优化

采用流场模拟方法研究了内锥式脱油型水力旋流器的内部流场,其中湍流模型采用多相流中的ReynoIds应力模型,基本方程的离散和求解采用SIMPLEC算法,应用计算流体动力学(CFD)方法对内锥式脱油旋流器进行数值模拟,揭示了特性参数对旋流分离器性能的影响.     

低砷磷生产工艺中分相器的优化技术研究

通过建立计算流体力学模型,采用Fluent软件,选用雷诺应力模型(RSM模型)作为湍流模型对该工艺中的液-液旋流分相器进行流体力学数值模拟,通过数值模拟仿真优化旋流器的各结构参数,同时研究不同操作参数和物性参数对旋流器分离效率的影响,并在此基础上进行结构参数的优化.模拟结果表明,溢流口直径为30 mm,溢流管伸入长度为60 mm,圆柱段长度为80 mm时旋流器分离效率最佳.     

液-液旋流分离器内流场的数值模拟研究

用计算流体动力学(CFD)的数值方法,采用RSM模型对油水分离用液一液水力旋流器的流场进行了数值模拟。单相流场的模拟结果表明,旋流器内的流场结构是强旋转和非对称的三维结构,因而对旋流器的研究(无论是数值模拟还是实验测量)必须是基于三维的;旋流器上游区内流体紊流现象严重,两侧有循环流存在,这都对两相分离不利,应改进结构以改变这种流动形式;其模拟结果与他人实验结果吻合较好,说明该湍流模型和算法是可靠的。另外还对油一水两相流场进行了研究,初步揭示了液一液两相分离的现象,这都为进一步研究旋流器特性参数对分离效率的影响和旋流器的结构优化提供了参考。     

水力旋流器研究现状及其在煤化工废水处理中的应用前景

水力旋流器是利用离心力场进行两相流体分离的设备,具有体积小、效率高、结构简单和安装便捷等特点,广泛应用于化工、石油及地下开采等工业领域。本工作主要介绍了旋流器的工作原理、理论研究和应用现状,从数值模拟、旋流器的结构参数、操作参数和物性参数及应用技术拓展等方面综述了水力旋流器的研究现状,并针对煤化工废水水质高乳化、高分散和高粘度等特点,综合分析了水力旋流器在煤化工废水预处理中的应用前景。旋流器模拟与实验相结合为目前研究的主要方向,深度分析了旋流器内两相流的运动状态,为旋流器结构改良提供理论依据,推动旋流器快速发展。旋流器结构改良设计和操作参数的优化均有一定局限性,油水物性是影响油水分离的决定性因素。因此,前期对含油废水进行预处理极为重要,可采用破乳剂或絮凝剂、超声或微波等方法改善含油废水的物性,对含油废水物性的研究和改善并结合数值模拟的应用将是未来提高水力旋流器分离效率的发展方向,旋流器在煤化工废水除油脱焦粉工艺中有很好的经济效益和广阔的应用前景。     

Modelling the flow in a hydrocyclone

A computational procedure is employed in the present work to predict the flow field in a hydrocyclone. Computations are carried out for turbulent flow under assumptions of axial symmetry. Turbulence closure has been affected with the help of the conventional k→ ? model that includes a new formulation of the turbulence dissipation equation. The existing formulation of the dissipation equation proved to be inadequate in predicting the true nature of the present flow field. Results of the procedure are discussed. The new model appears to predict correctly the behaviour of a conventional water-fed hydrocyclone in the absence of an air core.     

水力旋流器能耗机制与节能原理研究 Ⅳ.湍动能分布与湍动能耗散率

采用代数应力模型对水力旋流器内的湍流场进行了数值模拟,并用实测结果验证了计算结果的可信性,获得了旋流器内湍动能及湍动能耗散率的分布规律。结果表明,在溢流管端以下轴向位置上湍动能分布具有相似性,呈两边高中间低的不对称鞍形;在溢流管与旋流器壁之间的环隙空间内湍动能沿径向方向变化不大;旋流器内湍动能较大的区域是溢流管端以下空气柱附近的内旋流区域;旋流器内湍动能耗散率分布与湍动能分布有十分相似的规律,溢流管端以下空气柱附近的内旋流区域亦是湍动能耗散损失较严重的区域。     

水力旋流器湍流数值模拟及湍流结构

采用湍流代数应力模型对水力旋流器内湍流场进行了数值模拟,数值计算结果验证了实测数据。用数值计算与实验研究相结合的方法深入揭示了旋流器内的湍流结构,结果表明,旋流器内湍动能分布呈两边高中间低的不对称鞍形;湍动勇耗散率分布与湍动能的分布有十分相似的规律;溢流管端以下内旋流区域中湍流压力脉动强度以及压力相对脉动强度均很大。     

除油旋流器压降比的数学模型

实验研究了直径为 35mm的除油水力旋流器能量耗散与分流比的关系 .结果发现 ,当改变溢流孔径 (分别为 4、 6、 8mm)和入口流量 (分别为 30、 40、 5 0、 6 0、 70L·min^-1)时 ,只要分流比小于 2 5 % ,旋流器的能量耗散在不同入口流量下都能保持与入口流量对应的某一常数值 .当入口流量分别为 30、 40、 5 0、 6 0、 70L·min^-1时 ,旋流器的能量耗散大约分别为 10、 30、 80、 140、 2 0 5N·m·s^-1.根据旋流器的这一特征 ,并结合理论分析 ,建立了除油水力旋流器压降比数学模型 .该模型预测计算的压降比与分流比关系曲线与实验室测定的结果能很好地吻合     

液-液旋流分离器内流动特性的大涡模拟

基于柱坐标系下的瞬态N-S方程,采用标准Smagorinsky-Lilly模型,对旋流分离器内的单相流动特性进行了大涡模拟研究,获得了旋流分离器内的瞬时流场、时均速度与湍动能分布,并将结果与雷诺应力模型(RSM)及实测结果进行了对比。结果表明,大涡模拟方法可以得到旋流分离器内的瞬态流场,且能够反映更多的流场细节;对时均速度的预测与实测数据吻合良好,精度优于RSM模型;对湍动能的模拟与RSM方法差异显著,但其结论更符合以往理论分析与实测的结果。相比采用时均方法的RSM模型,大涡模拟方法对此类旋流湍流具有更好的模拟能力。     

方型多火嘴石油化工管式炉中辐射室三维流动及传热的数学模拟

提出方型石油化工管式炉中辐射室的三维流动和传热的数学模型.对某焦化炉计算的结果与实测数据进行了初步比较并作出讨论.     

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液液水力旋流分离器溢流管直径对压力降的影响、压降与流量的关系。通过算例与实验校验,得出各向异性κ ε模型能够模拟旋流器内湍流流场。     

CFD analysis of inlet chamber body profile effects on de-oiling hydrocyclone efficiency

In this study the effect of inlet chamber design on de-oiling hydrocyclone efficiency has been investigated numerically with the aim of minimizing the energy loss. To this aim, effects of four different inlet chamber designs (exponential, conical, quadratic polynomial body profile and standard design) on efficiency have been considered. Algebraic slip mixture model and Reynolds Stress Model (RSM) have been employed for prediction of multiphase flow behavior and simulation of turbulent flow through the cyclone respectively. The simulation results for efficiency of standard design demonstrate a proper agreement with reported experimental data. The results show that the separation efficiency can be improved approximately 8% using exponential body shape. The recirculation eddies that exists in the upper section prevents inward radial flow, consequently the efficiency reduces; the simulations illustrate that inlet chamber shape affects on the size of these eddies. More recirculation in hydrocyclone inlet chamber with quadratic polynomial body profile causes minimum separation efficiency.     

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。     

Effects of particle concentration and size on the dissipation rate and turbulent kinetic energy of oil

The presence of particles in oil can change the quasi-sequence structure of the turbulent flow of the oil, and it is extremely important to explore the turbulent energy dissipation rate of the particulate-containing oil and ensure the safe and stable operation of the oil-using equipment. Thus, the flow field of the oil containing particles in the pipeline was experimentally studied by a particle image velocimeter (PIV); the turbulent kinetic energy of the oil was calculated using the transient velocity vector field measured by the PIV; and the dissipation rate distribution was calculated using the large eddy PIV method. The influence of different particle sizes and particle concentrations on the normal distribution of the turbulent kinetic energy and dissipation rate was analyzed. The results show that the distribution of the turbulent kinetic energy in the normal direction is non-unidirectional and in a parabolic shape. The 25 μm particle size has a great influence on the turbulence kinetic energy and the dissipation rate of the oil; with increasing particle concentration, the flow field distribution of the turbulent kinetic energy increases in the region near the wall, and gradually decreases in the central region. The turbulent kinetic energy distribution of the oil is in the shape of a quasi-cosine; the flow field of the dissipation rate is larger in the near-wall region and the central region and shows an inverted ‘W’ shape. This provides a theoretical basis for improving the efficiency of oil transportation, discussing the monitoring of particulate matter in oil, and reducing oil pollution.