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《西安理工大学》 2020年
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高速卧螺离心机固液分离特性及其影响因素分析

任圆圆  
【摘要】:高速卧螺离心机的转速从几千到几万转不等,因此螺旋推料器会对流体产生较大的扰动作用使流动具有强旋流性,造成转鼓内部流体流动复杂。试验中测得的数据非常有限同时不能实现数据的动态实时传输,对于卧螺离心机的仿真模型也都是基于稳态进行计算。本文基于瞬态计算方法建立了卧螺离心机内部流场的仿真模型,同时,利用已有的实验结果验证了仿真模型的可靠性,主要研究了转速差和螺旋叶片的螺距两个因素分别对卧螺离心机分离效率的影响。本文经过合理的简化和假设,通过SolidWorks和icem完成了卧螺离心机流体域三维模型的建立和网格的划分。在fluent计算中选取了Eulerian多相流模型,RNG K-ε湍流模型和MRF模型相结合对卧螺离心机内部流场进行了瞬态计算。通过对仿真和实验结果归一化处理进行验证了仿真模型的可靠性。研究转速差对分离效率的影响时,以试验和仿真相对比的方法来进行研究。试验结果和仿真结果均表明:1.虽然在离心场中粒子所受离心力远大于重力,但重力的影响不可忽略2.固相沉积厚度值随时间呈周期性变化;3.沿转鼓轴向固相沉积厚度值出现了逐渐增大并伴有局部降低的现象;4.转鼓锥段的沉积厚度值均远大于转鼓柱段。固相沉积厚度越大经过实验与仿真结果的对比得出本文工况下最优转速差为10r/min。同时得出了转速差关于输送量的函数关系,从中可以得到随着转速差的增大输送量先增大后减小而后逐渐趋于一定值。分析仿真结果时提出输送量的概念来反映分离效率,转速差越大固相沉积厚越小,输送量越小,分离效率越低,但转速差越大输送速度越大,分离效率越大,最优转速差就是能够兼顾沉积厚度和输送速度这两个矛盾因素的平衡点。在研究螺旋推料器的螺距对分离效率的影响时发现:1.转鼓柱段的回流速度大于转鼓锥段的回流速度;2.转鼓柱段的颗粒推移速度大于转鼓锥段的输送速度;螺距越大输送能力越强,回流速度越大,颗粒推移速度也越大;3.螺距过大会造成输送沉渣阻力变大,同时回流程度变大;螺距过小会形成稳定的旋流状态,但输渣速度慢,因此会造成固相较大程度分散在转鼓柱段,所以研究螺距对分离效率的影响也是寻找这两个因素的平衡点。
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