錐形進料體旋流器的數(shù)值模擬及實驗研究.pdf

1、傳統(tǒng)旋流器由于存在短路流，不可避免地造成溢流跑粗、底流夾細等問題，直接影響旋流器的分離精度。造成這一問題的原因與旋流器進料體結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系，因此本文提出將傳統(tǒng)圓柱形進料體改為錐形進料體結(jié)構(gòu)。采用數(shù)值模擬結(jié)合粒子圖像測速技術(shù)(Particle Image Velocimetry, PIV)對其流場分布及分離性能進行了詳細研究。本研究對探明消除短路流機理、豐富旋流分離理論及實現(xiàn)其結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計有一定的理論意義和工程應用價值。
　　本文將

2、旋流器的傳統(tǒng)柱形進料體改為漸擴及漸縮兩種錐形結(jié)構(gòu)形式，為了分析改進后的兩種進料體結(jié)構(gòu)對分離性能的影響，設(shè)計了Φ40mm漸擴、漸縮及柱形進料體旋流器，對其進行三維建模，通過計算流體力學(CFD)的方法，利用ICEM進行網(wǎng)格劃分，采用雷諾應力湍流模型(RSM)及多相流混合模型(Mixture)對三種旋流器進行數(shù)值模擬，對比分析得到三種結(jié)構(gòu)旋流器的壓力場、速度場以及分離性能。
　　為了驗證數(shù)值模擬的正確性，本文采用數(shù)值模擬與實驗室實測進

3、行對比分析的方法。設(shè)計加工了Φ40mm漸擴進料體旋流器玻璃模型，并搭建用于PIV測試的試驗平臺，利用高速攝像機對其內(nèi)部流場進行了拍攝，得到了速度分布，測試結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果吻合良好。通過實測得到旋流器內(nèi)部空氣柱的形成過程、時間及穩(wěn)定形態(tài)，與模擬計算結(jié)果一致。
　　為進一步探討進料體錐度對旋流器流場結(jié)構(gòu)的影響，分別對漸擴和漸縮旋流器進行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明，對于漸擴進料體旋流器，流體的靜壓力、切向速度以及外旋流中的軸向速度均隨著進料

4、體錐度的增加而增大，其離心力場逐漸增強，進料體錐度為10°時旋流器分離精度最高，效果最好;對于漸縮進料體旋流器，隨著進料體錐度的增加，其壓力以及切向速度均有所提升，其軸向速度僅在內(nèi)旋流靠近空氣柱附近提升較大，但進料體錐度30°后，增大趨勢減緩。
　　在模擬計算過程中發(fā)現(xiàn)，固相顆粒在進料體內(nèi)分離趨勢明顯，因此適當?shù)卦黾舆M料體高度有利于增大分離空間。為進一步探究進料體高度對旋流器的分離特性的影響，對不同進料體高度的旋流器進行分離性能試