圆柱旋流器多相流场的数值分析

采用简化的多相流模型建立了圆柱旋流器内液固多相流动的数学描述,并用雷诺应力模型描述湍流,对圆柱旋流器的多相流流场和随时间变化的分离机理进行三维数值模拟,得到了旋流器内不同截面上的速度分布和不同时间的体积分布状况。数值计算结果为前人的试验和理论总结提供了有力的支持,对旋流器的进一步研究有指导意义。     

水力旋流器内非牛顿流体多相流场的数值模拟

利用一种非牛顿流体黏度修正模型描述水力旋流器内高浓度矿浆的非牛顿流动特性,并结合雷诺应力模型(RSM)、混合多相流模型(Mixture)以及拉格朗日颗粒追踪模型(LPT)建立了一种适用于模拟水力旋流器内非牛顿流体多相流场的数学模型。模拟结果与报道的实验值的相对误差均在10%以内,表明了该模型的可靠性。结果表明,非牛顿流体黏度的空间分布与矿浆密度的空间分布类似。沿零轴速包络面(LZVV)的轮廓存在一个高密度环,其原因为某粒径范围内的颗粒受到的径向合力为零,颗粒群沿LZVV做高速旋转运动。分散相的空间分布取决于不同粒径的颗粒受力。对于不同粒径的单位质量颗粒,向外离心力的数值大约为向内压力梯度力的两倍左右,使得大颗粒进入下行流并在底流口收集。随着颗粒粒径的减小,总体向内且具有波动性的流体曳力呈指数增长。向内的流体曳力将部分颗粒推向轴心,经上行流逃逸,同时也增强了颗粒运动的随机性。当颗粒粒径小于一定值后,流体曳力远远大于离心力和压力梯度力,颗粒运动的随机性非常强,宏观表现为均匀分布。     

倒锥注气强化井下油水分离水力旋流器性能研究

为了进一步提高井下油水分离水力旋流器的分离性能,提出一种倒锥注气式井下油水分离水力旋流器结构,开展倒锥注气对油水分离性能影响研究。利用数值模拟和实验研究相结合的方法,对不同注气量、含油浓度、分流比、入口流量等操作参数下的流场分布特性和油水分离效率进行分析。结果表明,随着注气量的增加,分离效率呈现先升高后降低的趋势,当注气量为2.034 m³/d时,分离效率达到最大值98.52%;当水力旋流器的入口含油浓度为0.75%、分流比为40%、入口流量为5.4 m³/h时,可获得水力旋流器的最佳分离效率为99.51%,较注气前提高了1.11%。针对注气后的井下油水分离水力旋流器开展室内分离性能实验研究,数值模拟和实验结果呈现相同的变化趋势,验证了倒锥注气强化分离性能的可行性及数值模拟结果的准确性。     

水力旋流器湍流场数值模拟

<正> 引言 水力旋流器作为一种简便、易行和高效率的分离、分级和离心沉降设备,已被广泛应用于化工、冶金、石油等众多工业领域中.以往的水力旋流器设计主要是根据大量物理模型试验得出的经验准数方程来求出旋流器的几何结构参数和操作参数.然而,随着水力旋流器应用范围的迅速扩大和人们对其分离(级)性能指标的要求日益提高,传统的按经验或半经验公式进行旋流器设计方法的局限性越来越明显,以及物模试验的耗时费钱,已促使人们开始采用数值模拟的方法,通过对旋流器内部流体运动的深入研究,弄清旋流器的分离机理,以便为提高水力旋流器的分离效率和分级准确度予以理论指导.本文采用了适于水力旋流器液相(水)流场的K-ε湍流数学模型,对水力旋流器内的湍流运动规律进行了数值模拟并根据激光实测结果对部分模型常数进行了修正.     

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。     

注气对油水分离水力旋流器流场影响模拟分析

采用雷诺应力湍流模型、混合模型和离散相模型对注气型油水分离水力旋流器进行数值模拟,得到其内部流场的速度分布和油滴粒子运动轨迹,分析对比了注气前后进口流量、分流比和充气量对分离效率的影响,数值计算结果与文献实验值进行了比较。结果表明,充气后流场速度增加,油滴粒子逃逸时间缩短,旋流器分离效率提高5%~10%,在一定条件下气浮对旋流分离起到强化作用。     

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。     

水力旋流器内油水两相流的数值模拟

油水分离旋流器是一种利用油水两相液体之间的密度差,通过离心力的作用将分散相从连续相中分离出来的设备。影响旋流器分离效率的结构参数和操作参数很多,如果完全通过实验来优化这些参数,其工作量是非常大的。利用计算流体动力学CFD程序对旋流器油水两相流场进行数值模拟分析,得到了旋流器内部流场的速度分布特性,为其结构筛选和尺寸优化提供了依据,同时可减少实验工作量。     

除油水力旋流器内油水分离过程数值模拟

采用计算流体力学的有限体积法(FVM),对液-液水力旋流器的轻相分离过程进行了非稳态的数值计算,得到了油相在旋流器内的逐渐分离、聚积和运移的过程。进一步分析发现,该旋流器的小锥段分离作用突出,而大锥段和旋流腔的分离作用较小,但大锥段具有重要的过渡作用。     

水力旋流器流动特性的数值模拟研究

本文采用双流体模型以及RSM雷诺应力湍流模型,以油水混合液为介质,对水力旋流器的油水分离过程进行模拟。研究结果表明:旋流腔为预分离段,使油水两相粒子达到径向上的规律性分布,起到主要分离作用的是锥段,使油水两相分别从不同的出口排出。通过改变水力旋流器的入口段角度,分析入口角度变化为旋流器分离效率的影响,结果表明:旋流器的入口角度对分离性能的影响不可忽略,当β=0°和β=45°时分离效率较高,当β=60°时分离效率最低。     

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。     

Numerical simulation of gas-solid flow in the axisymmetric inlets square separator

Numerical simulation was used to research the two-phase flow in the axisymmetric inlet square separator, including the basic flow characteristics, separation efficiency and comparing the difference between single-inlet and double-inlet separator. The effect of the reflecting cone’s geometrical sizes on pressure loss and efficiency was discussed. And the wall erosion condition because of solid particle impingement was calculated and analyzed. The tangential inlet diffuse square separator using RSM modeling that considers anisotropic situation was researched. The distribution of axial, tangential and radial velocity and the pressure loss calculated were analyzed. The results show that there is the typical double deck flow structure in the separator, the square section influences the tangential velocity in the corner, the pressure distribution divides in the inlet on the reflecting cone, and the pressure loss increases with the increase of inlet velocity. This work was presented at the 7 ^th China-Korea Workshop on Clean Energy Technology held at Taiyuan, Shanxi, China, June 26–28, 2008.     

共轴反转型生物反应器内流场数值模拟与性能分析

使用生物可降解塑料是解决白色污染的有效手段,然而在生物反应器中生产可降解塑料过程中会面临气体传质能力不足和能耗过大等问题,导致生产成本居高不下。为解决这些问题,提出了一种共轴反转型机械搅拌式生物反应器,并通过数值模拟对新型反应器内两相流场进行了仿真及定量分析。通过模拟气泡羽流、鼓泡塔及搅拌器系统内流场,并与实验结果对比,在双流体模型中引入了曳力、升力及湍流扩散力以及基于TroshkoHassan模型的两相湍流模型,验证了双流体模型在该问题中的有效性。对新设计的反应器内流场模拟结果表明,两相作用力模型对模拟准确性影响较大,而共轴反转能够在流场中形成更好的剪切效应,增强气体分散能力,从而提高整体气含率及相对功率准数。     

旋风静电除尘器单相三维流场数值模拟

建立了旋风静电除尘器单相准三维湍流的K-ε模型.采用控制容积法对其进行离散,用SIMPLE法求解流场分布.得出一定条件下除尘器内三维速度数值模拟结果,并经实验验证.结果表明,供电电压的大小对流场分布形状影响不大, 但对其速度大小的影响比较明显;在相同入口风速下,随着筒体直径的增加,三维速度的分布曲线都变平缓.     

转笼式选粉机的流场模拟分析

利用美国ANSYS公司workbench环境下CFX软件对选粉机内部流场进行了模拟分析,结果直观地印证了选粉机的理论研究成果;文章还就选粉机转子内部有无涡流消除叶片模拟结果进行了分析比较,得出结论与理论相符.     

含聚浓度对旋流器性能影响的数值模拟与试验

以螺旋导流式旋流器为研究对象,选用幂律流体模型和离散相模型（DPM）计算了不同含聚浓度条件下的分离性能,对旋流器流场（速度场、压力场）及油滴运移特性进行了细致的分析,并采用高速摄像技术（HSV）开展了相应的分离特性试验。研究发现：聚合物浓度为0时,油滴存在明显的乳化效应,实测效率81.7%;浓度增大后,乳化效应减弱,油滴分散在旋流器内,中心油核消失,效率急剧下降,4000mg/L时旋流器基本无分离效果;浓度增大对压降影响较小,底流压降最高增幅5.6%,最大值不超过200kPa。分析表明,效率下降与切向速度衰减、径向压力梯度减小有关;浓度增大后油滴轴向向下运动的距离增加,呈现向旋流器外壁面运动的趋势,分离时间延长。     

Simulation and experiment of flow field in axial-flow hydrocyclone

Axial-flow hydrocyclone is a new type of hydrocyclone which is proposed on the basis of tangential hydrocyclone. Its key part is rotating and accelerating component - the guided vane. The structural particularity made it necessary to pay attention to the internal flow field of axial-flow hydrocyclone. In view of the progress of CFD technique and mature of calculation condition, numerical simulations were carried on single-phase flow in axial-flow hydrocyclone by using Fluent software and Reynolds Stress Model. The initial conditions were that fluid medium was water and the overflow rate was 15%. The pressure and velocities fields were analyzed in the whole hydrocyclone and the specific effects of guided vane were studied. At the same time, through the verification of LDV experiment, the simulated values of water phase matched well with the experimental values.     

Numerical simulation of flow field characteristics in a gas-liquid-solid agitated tank

Computational fluid dynamics simulation was carried out to investigate flow field characteristics in a gas-liquid-solid agitated tank. The Eulerian multifluid model along with standard k-ε turbulence model was employed in the simulation. A multiple reference frame approach was used to treat the impeller rotation. Liquid velocity, gas holdup and solid holdup distributions in the agitated tank were obtained. The effect of operating conditions on gas and solid distributions was investigated. The predicted flow pattern was compared with results in literature. The simulation results indicate that local hydrodynamic behaviors such as velocity, gas and solid holdup distribution, are strongly influenced by operating conditions. Within the scope of our study, increasing gas inlet rate caused liquid circulation to be weakened and was not in favor of gas dispersion. Solid holdup in the upper part of the tank, especially near the wall region decreased. Adding solid loadings resulted in liquid mean velocity near the surface region decreased, gas dispersion and solid suspension becoming worse.