底流管直径对旋流防阻机性能的影响

为考察由旋流分离器和引射回流装置组成的污水旋流防阻机在不同底流管直径下的分离性能,进行了砂水分离实验和生活污水除污实验。实验结果显示:连续底流的旋流防阻机与封闭集污槽的旋流分离器相比,前者具有更高的分离效率,且能量损失增加基本可以忽略。相比Kelsall提出的折算分离效率,提出了更加适合旋流防阻机的综合考虑分离效率和热泵系统可用水量的综合分离效率。该旋流防阻机的最优底流管直径为5~10 mm,即最优底流管直径与溢流管直径比值为12.5%~25%。此时,污水旋流防阻机对原生生活污水中小于4 mm污杂物的分离效率为92.6%~94.3%,分流比为1.32%~2.54%。这说明通过旋流分离机制,可以达到污杂物暂离,净水取热的条件。另外,分流比与底流管直径呈正比。     

污水旋流防阻机在不同溢流管与圆柱段长度比值下的分离性能试验

为解决污水源热泵中换热器防堵和防垢的问题,提出了带引射回流功能的污水旋流防阻机,并进行了砂水和生活污水分离试验。结果表明:该防阻机对砂子(75~250μm)和污杂物(4 mm)均有较好的分离效果,分离效率分别为98.17%~100%和94.33%~96.96%。优化的溢流管与圆柱段长度比值的范围大小与离散相密度成正比。并且,引射回流装置的存在不仅实现了防堵和连续排污,还显著减轻了"溢流跑粗"的影响,提高了分离效率。防阻机的能耗基本不随溢流管与圆柱段长度比值的变化而变化,且总的能量损失较小(小于17 k Pa)。在保证较高分离效率的同时,分流比可以控制在较低的水平(小于10%),相比传统污水源热泵中的污水防阻机,可利用污水量大大提高。     

MVR系统中管柱式气液旋流分离器性能研究

机械式蒸汽再压缩技术中,蒸发器产生的蒸汽进入压缩机前需要进行气液分离,考虑到结构紧凑性与分离稳定性,本文提出采用管柱式气液旋流分离器进行此操作,对其进行了结构参数设计和Fluent数值计算。经过研究：发现溢流管和底流管尺寸对分离器性能影响较大,改变二者数值大小,当溢流管直径为50mm、底流管直径为40mm时,溢流管和底流管的气、液相体积分数可分别达到1,且满足文献中对于出口流速的要求;证明了分离器流场内外旋流与内旋流的运动规律,两者旋向相同,运动方向相反;相比较单入口,采用双入口的管柱式气液旋流分离器,内部流场参数分布高度对称,分离过程更加稳定;适当增加旋流器直径,可降低流体通过压降,缩短纯液相区与纯气相区间过渡区域,改善分离器性能。     

结构参数对聚并-旋流耦合油水分离器性能影响

为了探究结构参数对聚并-旋流耦合油水分离器性能的影响,基于水力聚结机理和旋流分离理论,通过计算流体动力学分析方法,以聚并-旋流耦合油水分离器结构参数为研究对象,油水分离效率为指标,开展多场耦合油水分离装置的结构参数优化设计。针对不同螺旋流道长度和聚结管段长下的聚并-旋流耦合油水分离器结构模型,进行数值模拟研究验证,探究不同结构参数下模型的分离性能。结果表明,在聚并器螺旋流道长度L₂=100 mm、聚结管段长L₃=350 mm时分离效率达到最高。选取不同入口流量和分流比对聚并-旋流耦合油水分离器最优结构的不同工况下的分离性能进行分析,当入口流量Q=8m³/h、分流比F=40%时,油水分离效率达到最高值93.62%。     

两种旋流板分离器压降和分离性能的对比

对φ300 mm的单程和双程旋流板分离器的压降和分离效率进行了测量分析.相对于单程旋流板分离器,双程旋流板分离器的减阻幅度为12.8%.双程旋流板分离器适应的气速范围大幅度提高,穿孔气速、喷淋密度对其分离效率和带出量影响均不大,在实验气速范围内,分离效率在99.9%以上.与单程旋流板分离器相比,当穿孔气速约从10 m/s增大到17 m/s时,双程分离器的带出量下降了72.7%到96.3%.分析认为,双程旋流板分离器压降的减小和分离性能的提高是其切向速度的增大、立面上大部分区域涡环的消除及分离距离缩短综合作用的结果.     

水力旋流器新型出口挡板结构对分离性能的影响

针对小直径水力旋流器,设计了不同内置挡板式的溢流管和底流管,实验研究了新型出口挡板结构对水力旋流器分离性能的影响。研究结果表明：内置挡板溢流管适用于处理量较大的工况,与传统溢流管相比,分离效率略有降低,但在高流量下其压降的降低幅度可达11.11%,挡板宜采用相对较窄、较短、三块120°间隔设计方式;底流管内置挡板采用十字交叉结构可稳定内旋流,使分离效率最大可提高5.96%;新型内置挡板的溢流口与底流口相耦合,可同时实现提高分离效率和降低压降的目标。此外,在相同情况下,发现溢流管内置挡板可消除水力旋流器内部的“空气柱”,据此推断“空气柱”并非由内部空气形成,而是其内部负压中心形成的某种湍流程度较高的强制旋流涡。     

井下微型气液旋流分离器优化设计与性能分析

针对采油井筒内产出液含气对油田同井注采开发模式的不利影响,基于旋流分离原理提出一种井下微型气液旋流分离器结构。借助Plackett-Burman设计、最陡爬坡设计与响应曲面设计结合计算流体动力学方法,对井下微型气液旋流分离器结构参数进行显著分析及优化设计,构建了显著性结构参数与分离效率间的二次多项式数学关系。系统分析了入口进液量、分流比及气相体积分数对气液分离性能的影响规律。构建室内微型气液旋流分离性能测试系统,对数值模拟结果的准确性及优化结果的高效性进行了验证性试验。试验结果表明优化后的微型气液旋流分离器结构可使液相效率由优化前的84.10%提高到87.22%。获得了微型气液旋流分离器最佳溢流分流比为6%,最佳入口流量为13.77 L/h,最适用的气相体积分数为5.5%,最佳工况下气液平均分离效率为99.66%。为了指导分离器在不同含气量条件下的最佳运行参数调控,构建了气相体积分数及溢流分流比与分离效率间的数学关系模型,获得了不同气相体积分数条件下的最佳分流比。     

工业废油异构旋流三相分离装置去固结构及优化

工业废油脱水去固处理是其资源化工艺的重要环节,为高效地去除废油乳化液中的水和固体颗粒杂质,提出一种能够实现油-水-固相高效分离的异构旋流三相分离装置。装置结构及其参数是影响油-水-固三相分离效率的关键因素。于是,通过耦合多相流控制方程、群体平衡和稀疏颗粒条件下的颗粒追踪方程,忽略颗粒对整体质量守恒和动量守恒的影响,建立了异构旋流三相分离数值模型,通过模型考察了分离装置去固段结构对去固脱水效率的影响,并进一步优化了分离装置去固段的结构参数。计算与实验结果表明：装置去固段结构的变化会显著影响异构旋流三相分离装置的去固性能,对脱水率的影响不明显;最佳底流管、去固管和侧流管直径分别为6、15和6 mm时,装置侧流口的固体颗粒回收率和脱油率同时达到最高,可达87%以上,为设计研制高性能工业废油资源化装置提供理论和技术支撑。     

水力旋流器结构与分离性能研究（四）：———底流管结构

研究了水力旋流器底流管结构形状对其分离性能的影响,结果表明：采用２０°渐扩管结构的底流管时水力旋流器处理能力最高、分离粒度最大;在直管型底流管下部加设堵气锥时水力旋流器分离修正总效率最高、分离粒度最小、分流比最小;采用传统的直圆管结构时水力旋流器分离精度α值最大;采用水封式直圆管结构时水力旋流器分流比最大。     

水力旋流器新型出口挡板结构对分离性能的影响

针对小直径水力旋流器,设计了不同内置挡板式的溢流管和底流管,实验研究了新型出口挡板结构对水力旋流器分离性能的影响。研究结果表明:内置挡板溢流管适用于处理量较大的工况,与传统溢流管相比,分离效率略有降低,但在高流量下其压降的降低幅度可达11.11%,挡板宜采用相对较窄、较短、三块120°间隔设计方式;底流管内置挡板采用十字交叉结构可稳定内旋流,使分离效率最大可提高5.96%;新型内置挡板的溢流口与底流口相耦合,可同时实现提高分离效率和降低压降的目标。此外,在相同情况下,发现溢流管内置挡板可消除水力旋流器内部的"空气柱",据此推断"空气柱"并非由内部空气形成,而是其内部负压中心形成的某种湍流程度较高的强制旋流涡。     

Experimental study of the relationship between separation performance and lengths of vortex finder of a novel de-foulant hydrocyclone with continuous underflow and reflux function

To solve the blockage and defer the fouling of sewage heat exchanger, a novel de-foulant hydrocyclone with continuous underflow and reflux function was proposed. Experimental results demonstrated that the novel hydrocyclone had a remarkable behavior on separating the sand (75–250 μm) and foulant (<4 mm). The continuous underflow and reflux function could significantly improve the separation efficiency by relieving the particle re-entrainment and eliminating the air core without increasing energy consumption (<17 kPa) and split ratio (<10%) considerably. Besides, the range of optimum vortex finder length was proportional to the particle density.     

Experimental Study of a New Hydrocyclone for Multi-Density Particles Separation

Abstract

A new structure of hydrocyclone is designed to meet the demand of separating particles heavier or lighter than water simultaneously. Based on the conventional hydrocyclone, the structural modifications with a section in the middle and a volute chamber on the top of the hydrocyclone to accumulate the separated low density particles. Some factors that influence the separation efficiency of hydrocyclone were investigated in this paper. For the heavy phase, those influencing factors included the inlet flow rate and underflow split ratio. For the light one, different outlets for discharging the light phase were taken into account. The results show that there exists an optimum inlet flow rate for a series of underflow split ratios. The top outlet for separating light phase particles is better than the side outlet's.     

除油水力旋流器结构尺寸筛选试验研究

在室内模拟实验装置上 ,采用粒级效率进行了旋流器的小锥管锥角、溢流口直径、底流口直径、底流直管段长度和入口当量直径等尺寸筛选实验。筛选结果表明 ,旋流器的溢流口直径和底流口直径对旋流器的分离效果产生较大影响。     

液-液旋流器分流比特性系数研究

通过实验证明 :分流比特性系数的大小决定了溢流口、底流口含油浓度高低 ,影响了旋流器油水分离性能。对预分离旋流器 ,分流比特性系数的合理选择 ,尤其显得重要。     

油井采出液预分水用轴向水力旋流器的实验研究

高含水油井采出液的高效预分水是目前油气集输处理领域面临的关键难题之一,轴向水力旋流器因具有结构紧凑、分离效率高等优点而得到了国内外的广泛关注。本文针对自主研发的油井采出液预分水用轴向水力旋流器开展了室内实验研究。与切向水力旋流器对比,轴向水力旋流器不仅分离效率更高,而且油出口处的油滴聚结长大近1.8倍,在分水率高于50%的情况下,水出口处的含油浓度低于1000mg/L;轴向水力旋流器压降较低,且压降比与分流比呈线性相关。分流比、含水率和流量对分离性能均有显著影响,其中分流比的变化直接影响油核的大小和稳定性,室内样机的最佳分流比为0.45,当含水率为90%、处理量为1.00m³/h时分水率与含油浓度分别为62.9%和432.8mg/L;含水率高于75%时分离性能良好;室内样机的最佳流量为1.50m³/h。自主研发的轴向水力旋流器不仅满足性能要求,而且在操作弹性、可控性方面较切向水力旋流器均有一定的提升。     

Mechanism of Particle Separation in Small Hydrocyclone

The mechanism of particle separation in a small hydrocyclone is analyzed in this study. The separation efficiency of particles is affected by two major effects, the centrifugal and underflow effects. The fundamentals of these effects on the selectivity curve are derived from the theories of hydrodynamics. Three JIS particulate samples are separated in a 10-mm hydrocyclone. The proposed mechanism can be demonstrated by the available data. An increase in split ratio leads to an increase in the separation efficiency only for fine particles; consequently, a decrease in the separation sharpness results in a remarkable fishhook phenomenon. When the feed rate is increased by increasing the pressure drop through the hydrocyclone, the entire partial separation efficiency will be improved, but the separation sharpness and fishhook depth have no substantial varieties. The proposed mechanism can be used for explaining these phenomena, for the selection of optimum operating conditions, and for the hydrocyclone design.     

水力旋流器溢流管结构对微细颗粒分离的影响

针对直径为50 mm的小直径水力旋流器,考察了溢流管插入深度和壁厚以及进口流量对微细物料分离效率的影响,并利用正交分析法得到了溢流管最优的插入深度、壁厚及最适的进口流量。此外,考察了两种套筒式溢流管对水力旋流器分离性能的影响。最后,在最优溢流管结构的基础上,探讨了分流比对分离效率的影响。结果表明：水力旋流器的直筒段具有一定的分离作用;对于微细物料的分离,溢流管采用薄壁且插入深度与水力旋流器直筒段长度相当的设计,有利于提高微细颗粒的分离效率。针对水力旋流器溢流管插入深度与其直径的最佳比例,小直径水力旋流器的比大直径水力旋流器的大,表明它们的分离行为存在着较大的差异。     

Adaptation of hydrocyclone to varying solid load by air injection

In the Chemical and Process Industry, liquid streams having a variable concentration solids are not uncommon. The hydrocyclone has been found to be a useful unit for the removal of particulate matter from these streams. The function of a hydrocyclone gets disturbed by an increase in the solid load concentration beyond a specified limit, and it may even overload the underflow opening. A variation of the solid load calls for a change in the split ratio of the hydrocyclone, which in turn requires an adjustment to the diameter of the underflow opening. A new technique has been developed which can automatically adjust to the change in the solid load without changing the underflow opening diameter. The split ration of a hydrocyclone can be changed by varying the pneumatic injection rate at the hydrocyclone's axis. Experiments were conducted using three geometrically similar hydrocyclones, and equations have been evolved to size the underflow opening.     

光伏材料切割废液中的Si和SiC旋流分离过程

太阳能硅片切割废料中的硅和碳化硅分离回收对于资源回收和环境保护具有重要的意义。根据硅和碳化硅微细颗粒易团聚且难用化学方法分离的特点,本文利用重介质微型旋流器分离技术,通过实验研究和数值模拟,探究进料流量和底流分率对重介质微型旋流器分离性能的影响。数值模拟采用CFD软件Fluent 6.3.26研究流场和颗粒运动轨迹,实验用微型旋流器直径为10mm,分离粒度分布为0.3~25μm的硅和碳化硅混合粉料。结果表明,硅的分离效率随着进料流量的增大先增大后趋于稳定,且当进料流量达到0.13m³/h时,分离效率不再增大。不论介质是水还是重介质溶液,当底流分率增大时,旋流场内的轴向速度减小,而切向速度先增大后减小,硅的分离净化效率先增大后减小,当底流分率为0.6左右时,硅的分离净化效率达到最高值。旋流分离硅和碳化硅时,介质采用重介质溶液分离效果更好。