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卧螺离心机流场数值模拟及试验研究

郑胜飞  
【摘要】: 卧螺离心机是利用离心沉降原理分离悬浮液的机器,由于其能连续运行,对物料适应性较好,被广泛用于石油、化工、冶金、医药等部门。传统研究主要集中在结构参数改进方面,而且大多数是采用实验方法,成本高,且实验手段也受诸多条件限制,对流场本身运动规律尚未形成统一认识。 本文根据沉降离心机流动特点,对流动域作了适当的简化,采用计算流体力学软件Fluent对离心机流场进行了模拟。通过比较不同湍流模型的适用范围和计算需求,选择了RSM模型进行计算。以清水为介质,得到了离心机流场三维速度分布,压力分布,湍流结构。在此基础上,针对离心机处理的悬浮液固相体积分数往往小于10%的情况,选择离散相模型分析液固两相流动。 将数据模拟结果与已有流动理论进行分析比较,发现在整个转鼓长度上离心机流场不是单纯的层流,轴向流速在不同的阶段有着不同的分布,入口与出口处流动受结构影响较大。得到固相颗粒运动规律,并与斯托克斯公式进行了验证。结果表明,在适当的网格划分和正确设定边界条件基础上,可以得到较准确的结果,用Fluent软件模拟卧螺离心机流场是完全可行的。 以两种不同的悬浮液作为试验物料,分析影响离心机分离的因素,并与模拟所得进行对比验证。结果表明,物理模型在一定程度上能反映出离心机内固液分离过程及分离效率。在此基础上,考察了流量、转速、液层深度等因素对不同粒径颗粒分离的影响,得到当前结构条件下液环角速度周向滞比例约为0.83。 对不同粘度条件下的流场作了分析比较,流场压力及速度、颗粒沉降时间都随粘度增大而增大,定性分析粘度增大对分离效率的影响。


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