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水力旋流器固—液两相流动数值计算及性能分析

罗力  
【摘要】:水力旋流器是一类常见的离心分离和分级设备,具有结构简单,操作方便,分离能力强等优点,广泛应用于选矿、造纸、化工等行业。水力旋流器在进行固液分离时,其内部流动形式复杂,流体绕其轴线作强旋流动,为高强度湍流,存在内旋流、外旋流、短路流、循环流等多种流型以及空气柱等特征。水力旋流器的分离性能受操作状况、物性参数和外形结构等多种因素的影响,因此,通过数学方法对水力旋流器进行理论分析非常困难。 由于水力旋流器内流场的上述特点,至今还没有一套准确、通用的理论公式来描述水力旋流器的流场特性和指导水力旋流器的结构设计。在实际中,水力旋流器的设计往往依靠长期积累的一些经验公式和借鉴现有的成型产品。 本文从实际工程要求出发,参照相关经验公式和现有产品,设计了一种常规型水力旋流器,并利用当前流行的CFD技术,选用SSG-RSM湍流模型对设计的水力旋流器内的流动状态进行计算,模拟了不同液相粘度、不同颗粒浓度、不同颗粒粒径下水力旋流器内的流场特征,预测了其在不同物性参数介质下工作的分离性能。 本文模拟出了水力旋流器内部的外旋流、内旋流、短路流和循环流等特征;获得了压力、速度等分布规律;预测得到了不同物性参数下水力旋流器的分离效率;分析了物性参数对水力旋流器内流动特性和分离性能的影响规律。 在进行数值分析计算的同时,本文还根据设计参数制造了水力旋流器模型,并进行了分离性能的实验验证。实验结果表明,通过数值仿真计算预测的水力旋流器级效率曲线和压降曲线与实验值比较吻合。这说明本文对水力旋流器进行在边界条件上的简化处理以及所选用的湍流模型是合理的。


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