入口结构对三维凹壁面切向射流作用下离散颗粒行为的影响

液固分离是煤化工污水处理中的常规操作单元,待处理物料贴着圆筒体内壁面切向进入分离设备,形成三维凹壁面切向射流。为了比较射流入口结构对离散颗粒产生的影响,利用液固分离实验和离散相模型模拟研究了颗粒的轨迹和Reynolds数,并对加入颗粒前后凹壁面切向射流的湍动特性和壁面剪应力分布进行分析。研究结果表明,半圆形、方形、圆形入口与设备内壁面贴合长度依次缩短,颗粒沿径向分布范围依次加宽,流向行程依次缩短。而颗粒停留时间按照圆形、半圆形、方形依次缩短。其原因在于,半圆形入口切向最大速度比方形提高16.0%,圆形降低15.3%。近壁面一倍射流高度范围内的离心力平均值,半圆形入口比方形提高59.9%,圆形降低43.5%。三种入口结构下97%的颗粒Reynolds数在40～400范围内,Reynolds数为80的颗粒数量最多。颗粒受凹壁面切向射流的影响,入口周向10°～35°范围内,离散颗粒与壁面形成第一次冲击,最大壁面剪应力值出现持平趋势,超过90°以后,颗粒沿壁面滚动下滑,壁面剪应力逐渐趋于0。经过计算,方形、半圆形、圆形三种入口结构加入离散颗粒后湍动强度分别提高27.1%、8.8%、62.7%,壁面剪应力分别提高23.7%、13.5%、15.2%。