细颗粒分级复合型水力旋流器结构及工艺参数的优化研究

Ca(OH)_2提纯是实现电石渣制备石灰石的关键环节,通过复合型水力旋流器对电石渣细颗粒分级,其结构参数和工艺参数,以及颗粒的物性参数直接决定Ca(OH)_2的提纯效果。基于RSM模型和混合多相流模型,对复合型水力旋流器的流场进行数值模拟,分析旋转栅结构对流场的影响;同时在平衡轨道理论的基础上,建立复合型水力旋流器的分离粒径预测模型,根据电石渣颗粒的基本特性,对复合型水力旋流器进行结构优化;制作试验样机,采用二次正交旋转组合试验设计,参考分级粒径、分离效率、处理量、分离精度、分股比5项分离指标,验证复合型水力旋流器的分离效果,确定最佳工艺参数。试验结果显示,在进料速度2.1 m/s,旋转栅转速1 205 r/min,进料质量浓度22%的操作条件下,综合分离效果最佳,此时分级粒径为70μm,分离效率达81.3%,处理量为406.7 kg/h;与静态水力旋流器对比结果表明,复合型水力旋流器在压力损耗和离心力场强度方面具有明显优势,而在颗粒的滞留时间方面处于劣势。     

水力旋流器细粒分离效率优化与数值模拟

水力旋流器内流体质点的切向速度、径向速度和轴向速度的分布规律及其流体动力学机理对于细粒分级粒径和效率具有决定性作用,并且受旋流器的结构参数、操作参数和物性参数等因素的影响。选用耐磨耐腐蚀的聚氨酯材料制造的不同规格固液分离水力旋流器,综合考虑分割粒径、处理流量、沉砂产率3项分离效率指标,通过多指标正交试验优化得到分离钙土的工作参数如下:旋流器直径50 mm,底流口直径10 mm,溢流口直径8 mm,并且在0.30 MPa给料压力下可达到分割粒径1.78μm,处理流量为2.39 m3/h的分离效率。同时针对优化后的旋流器工作参数,利用适用于旋流器湍流场的雷诺应力模型,运用FLUENT软件计算不同直径颗粒的亲水性固体在水动力中的速度场,得到分离介质的滞留时间为1.8×10 2s,反向轴速度最大可达3.08 m/s,最大切向速度半径为0.046 m,使得分离效率达到78.6%;从压力场的数值模拟结果看出,径向压强梯度从762.5 kPa/m增大到6 822.2 kPa/m,实现分割粒径达到1.78μm的效果。根据旋流器中压力场、速度场分布特征以及分离介质轨迹等数值模拟结果,提出延长分离介质的滞留时间、提高进料压力、降...     

双给料口结构对旋流器流场特性和分级性能的影响北大核心CSCD

针对传统单给料口水力旋流器内部流场不稳定、分级精度差的问题,考察了对称双给料口结构对水力旋流器内部流场特性和分级性能的影响。内部流场结果表明,与传统单给料口结构相比,采用对称双给料口结构时,流场切向速度、轴向速度和压强均增大,中心空气柱直径增大,空气柱对称性增强,内旋流与外旋流的交界面LZVV形状更加规则,旋流体内部湍流强度降低,内部流场的稳定性增强。分级性能研究结果表明,采用对称双给料口结构时,细颗粒在沉砂中的分配率降低,粗颗粒(d=12.5μm)在沉砂中的分配率提高了7.87%,不同粒度固体颗粒沿径向规则分布,颗粒错配现象缓解,分级精度提高。研究结果可为水力旋流器的结构优化设计提供理论指导。     

带中心固棒的钟形溢流管旋流器数值模拟和试验研究

针对旋流器短路流造成的溢流跑粗问题,提出了一种中心带固棒的钟形溢流管旋流器,通过数值模拟对比分析了加设中心固棒前后旋流器内部流场以及空气柱形成过程的变化规律,并进行了PIV试验验证。结果表明,PIV试验与数值模拟结果吻合良好,验证了数值模拟结果的准确性。加设固棒后,旋流器径向速度梯度和压力梯度都增大,颗粒所受径向力增大,有利于颗粒的径向分离。旋流器外旋流轴向速度增大,内旋流轴向速度减小,同时零速包络面内迁,底流分流比增大。     

具有溢流帽结构的旋流器流场特征及分离性能研究

针对普通旋流器运行过程中存在短路流导致溢流跑粗的问题,提出一种溢流帽式旋流器,并对其进行了数值模拟和试验研究.模拟结果表明,相比于普通旋流器,溢流帽式旋流器内空气柱直径减小,能耗降低,离心力场强度更大,流体切向速度增大,轴向速度降低,颗粒参与分离时间长,分离更充分,有利于改善溢流跑粗,提高分离效率.试验结果显示,溢流帽...     

水力旋流器内科里奥利力的量级分析研究

科里奥利力是在旋转坐标系中由于物体相对于旋转坐标系运动所产生的一种惯性力,简称科氏力。水力旋流器的内部流场是高速旋转的离心分离流场。本研究采用计算流体力学方法模拟水力旋流器内高浓度分散相的分布,对颗粒受到的科氏力进行分析。RSM模型用于描述流场的湍动特性,LPT模型对颗粒相的运动进行追踪,模拟结果与试验数据的吻合性较好。结果表明,在水力旋流器内,由于锥体段的湍流强度较高,科氏力的方向具有较强的随机性。在切向方向,随粒径增大,曳力和压力梯度力递减而科氏力递增,当粒径增大到52μm时,科氏力的量级与曳力相当,此时科氏力的作用是不可忽略的。     

水力旋流器压降的影响因素

水力旋流器是利用密度差进行多相分离的非均相机械分离设备,其结构简单,由进料管、柱段、锥段、溢流管和底流管组成,但内部液体的流动非常复杂。旋流器压降是非常重要的性能参数,直接影响内部的流场分布、颗粒运动及分级效率。通过对不同结构尺寸的水力旋流器进行性能实验,得出了水力旋流器压降的影响因素。     

旋流器内空气柱形成与发展及其对分离的影响

空气柱是固一液型旋流器流场中的一种特有现象,它对旋流器的分离性能有重要影响.采用流体体积函数模型模拟了空气柱的形成与发展过程,探讨了空气柱形成和发展的机理,分析了空气柱对旋流器溢流比、流场湍流结构、能耗的影响,并采用随机轨道模型分析了空气柱与分级效率的之间的关系.结果表明,空气柱导致旋流器溢流比、湍流强度及能耗增大,分级效率降低.为了降低能耗、提高分离效率应尽可能减小或消除空气柱.     

固体颗粒对水力旋流器冲蚀磨损特性的影响

针对工业污水处理系统中水力旋流器壁面的冲蚀磨损问题,采用FLUENT软件中RSM模型和DPM模型模拟水力旋流器内液、固两相流的流动情况,并以Grant和Tabakoff碰撞模型求解器壁冲蚀磨损速率。研究了不同颗粒流速、粒径和质量流量条件下器壁冲蚀磨损规律以及最大冲蚀磨损位置。结果表明:旋流器壁面最大冲蚀磨损率随着颗粒流速的增大而呈指数递增,与质量流量呈正相关关系,但与颗粒粒径呈不完全线性增长关系;旋流器壁面冲蚀磨损率随着颗粒流速、粒径和质量流量的改变而不同,其中颗粒流速变化的影响最大、质量流量次之、粒径的影响最小;固体颗粒碰撞和磨削旋流器壁面而引起局部磨损,并且影响最大冲蚀磨损区域的出现位置。     

进口条件对旋风分离器性能影响研究

文中利用计算流体力学、连续相选用雷诺应力模型、离散相选用分散颗粒群轨迹模型,对不同进口速度（8 m/s、16 m/s、24 m/s和32 m/s）和进口角度（0°、2.5°、5°和10°）下旋风分离器内不同粒径（0～10μm）颗粒的气固两相流动特性和分离效率进行数值计算分析。研究发现,同一进口风速下,当粒径小于临界粒径时,分离效率相对较低且粒径大小对分离效率影响较小;当粒径大于临界粒径时,分离效率迅速增高至100%。对于小颗粒粒径,随着进口速度的增大,旋风分离器分离性能先增强后减弱。适当增加进口角度不仅能够提升小粒径颗粒的分离效率,还能减小旋风分离器的分离粒径。进口角度和进口速度对旋风分离器的分离性能影响较大。     

污水除油旋流器内流场的CFD模拟

简要地介绍了液-液旋流分离器的工作原理、优点和应用.对旋流器进行几何建模,并对模型进行网格划分和定义边界条件.用计算流体力学CFD数值方法,并采用RSM模型对污水除油旋流器的流场进行了数值模拟.对液-液两相流场进行了研究,得出分离器内部的速度场、压力场、粒子轨迹分布和各相体积分数分布图.初步揭示了液-液两相分离的现象....     

适用于超低进液量的微型水力旋流器结构优化

针对超低进液量条件下油水旋流分离精度难以保障问题,提出了一种微型水力旋流器结构。借助3D打印技术试制微型水力旋流器样机,开展室内分离性能测试。基于Plackett-Burman设计对影响旋流器分离性能的主要结构参数进行显著性筛选,得出了结构参数对底流口含油浓度影响的显著性排序。结合最陡爬坡设计与响应曲面法,对显著性较高的结构参数与底流口含油浓度间的数学关系模型进行构建,基于最小二乘法对模型进行求解,确定出可提高分离性能的结构参数最佳匹配方案。对初始微型水力旋流器结构及优化结构开展不同分流比、处理量以及含油浓度条件下的分离性能对比实验,实验得出优化后结构在溢流分流比为30%,处理量为1.0 L/min,含油浓度为2%时质量效率最高,达到99.85%。优化后旋流器的分离性能明显高于初始结构,实验结果验证了响应面设计优化方案的准确性,同时也证明了设计的微型水力旋流器在超低进液量条件下油水分离的高效性。     

抛物线型旋流器分离特性的数值模拟和试验研究

针对水力旋流器易出现底流夹细的问题,提出并设计了一种抛物线型旋流器,利用模拟软件Fluent 14.5对比分析了传统型和抛物线型旋流器的内部流场和分离性能,并进行了试验研究。模拟结果表明,与传统旋流器相比,抛物线型旋流器内部流场更加稳定,有效避免了因流场紊乱造成的粗细颗粒混杂。进一步的试验研究显示,抛物线型旋流器底流中细颗粒的含量明显降低,分离粒度由30μm增加到49μm,陡度指数由0.13增加到0.2,表明旋流器的分离精度提高,底流夹细现象得到明显改善。     

旋风分离器内颗粒浓度分布特性的数值分析

采用改进的雷诺应力模型和分散的颗粒随机轨道模型,并利用单元内颗粒源法对旋风分离器内的颗粒浓度分布进行数值模拟,与试验结果对比表明两者吻合较好,有较高的预报精度。数值模拟结果表明,旋风分离器外壁的颗粒浓度呈螺旋带状分布,且螺旋灰带以一定的频率上下窜动,在环形空间和灰斗的顶板下方存在顶灰环,且顶灰环不均匀,具有显著的非对称性;在分离空间下部排尘口附近有明显的颗粒返混,范围在排尘口上方约1.5 D (筒体直径)以内,排尘口上方的强旋流动对颗粒有显著的二次分离作用。讨论粒径(3～23 μm)、工作温度(20～ 1 000 ℃)、入口含尘浓度(0.03～10 kg/m3)和进气速度(12～30 m/s)对颗粒浓度分布特性的影响规律。     

非磁性微粒的负磁泳-惯性组合分选研究

为了分选颗粒直径十分接近的非磁性颗粒,数值计算了负磁泳耦合的惯性分选器在不同磁场强度、微通道结构参数、入口速度和速度比情况下3μm、4μm、5μm的三种颗粒的侧向偏移,结果表明：颗粒的侧向迁移随磁场强度和颗粒尺寸的增大而增大;颗粒的分离效率随着入口流速的减小和入口流速比的增大而提高;越小的微通道结构参数Ha/Hb和越大的扩张区扩张比,都有利于颗粒分离。计算结果部分得到了激光诱导荧光图像实验的验证,证明了数值模型的有效性。     

旋流器内超重力聚结过程的试验研究

通过试验，定量地研究了旋流器——一种静态超重力器的入口雷诺数、溢流分率、溢流口直径、尾管长度、分散液滴浓度和粘度对超重力聚结过程的影响。结果显示，在正常的入口直径(本试验条件中为3．5mm和4．8mm)下，入口直径及入口流量对聚结的影响主要可归结为入口雷诺数的影响，且存在最佳入口雷诺数值60000；溢流分率的减小、溢流口的增大、尾管长度的加长都会改善聚结效果；分散液滴浓度对聚结的影响虽不很明显，但分散液滴浓度的增加对聚结也有一定的促进作用；低粘度的分散液滴更易聚结。     

旋流分离器中固体颗粒随机轨道的数值模拟及分离特性分析

在考虑液相与固体颗粒之间相互作用的条件下,对液相采用雷诺应力模型(RSM),固粒采用随机轨道模型成功地模拟出固体颗粒的运动轨迹,这形象地反映出固体颗粒在旋流器中的分离过程。分析颗粒运动迹线表明颗粒粒径、颗粒注入位置以及颗粒在循环流中的流动特性等方面对分离性能都存在着很大的影响;另外,利用底流与溢流排出的颗粒数量比例来确定粒级效率,在与试验值比较后发现两者相近,从而为确定粒级效率提供了又一种方法。     

离心压缩机内固粒运动规律与冲蚀磨损的数值模拟

针对离心压缩机叶轮的冲蚀磨损问题,利用FLUENT中离散相模型、质量冲蚀率模型,对压缩机内部不同粒径的固体颗粒的运行轨迹、运动速度、偏聚浓度及造成的叶片冲蚀率的分布进行了数值模拟。结果表明:粒径为5~20μm的绝大部分的固体颗粒流经大叶片压力面附近流道;固体颗粒在运动到叶片前缘过程中速度迅速升高,在压力面腹侧会有所减小,后缘处重新升高;大叶片后缘根部固体颗粒浓度高、运行速度快,冲蚀磨损严重,且固体颗粒直径越大对大叶片压力面造成的冲蚀磨损越严重。     

基于正交的二次分离旋流器结构优选数值分析

一体化二次分离旋流器是在单体旋流器内部进行二次分离的一种新型旋流器。利用正交法,基于计算流体动力学软件,分别对一级溢流管长度、圆柱段长度、二级溢流管伸入长度、二级锥段角度、底流管长度等结构进行优选。设置油相体积分数为2%、油滴粒径为30μm的混合液作为研究介质。首先采用单一指标的方法找出分离效果最优的结构,然后将优选后的结构与初始结构进行了对比验证。此方法可为水力旋流器的结构参数优选提供参考。     

基于CFD-PBM积分矩量法旋风分离器中颗粒聚团的数值模拟

为了得到颗粒聚团对旋风分离器分离性能的影响,在不同入口颗粒浓度与入口气速下研究其对分离效率的影响。采用雷诺应力模型(RSM)计算湍流流场,通过群体平衡模型(PBM)耦合CFD对颗粒相进行数值计算。研究结果表明:时间为2 s时,旋风分离器内的聚团作用已经趋于稳定,颗粒粒径在1.5μm到3μm范围的颗粒在旋风分离器内基本无法被捕集,而粒径大于5μm的颗粒其分离效率接近于100%;随着入口颗粒浓度的增加,总体分离效率增加,而增加入口气体速度,对分离效率的影响并不是很大。