水力旋流器新型出口挡板结构对分离性能的影响

针对小直径水力旋流器,设计了不同内置挡板式的溢流管和底流管,实验研究了新型出口挡板结构对水力旋流器分离性能的影响。研究结果表明:内置挡板溢流管适用于处理量较大的工况,与传统溢流管相比,分离效率略有降低,但在高流量下其压降的降低幅度可达11.11%,挡板宜采用相对较窄、较短、三块120°间隔设计方式;底流管内置挡板采用十字交叉结构可稳定内旋流,使分离效率最大可提高5.96%;新型内置挡板的溢流口与底流口相耦合,可同时实现提高分离效率和降低压降的目标。此外,在相同情况下,发现溢流管内置挡板可消除水力旋流器内部的"空气柱",据此推断"空气柱"并非由内部空气形成,而是其内部负压中心形成的某种湍流程度较高的强制旋流涡。     

水力旋流器结构与分离性能研究（四）：———底流管结构

研究了水力旋流器底流管结构形状对其分离性能的影响,结果表明：采用２０°渐扩管结构的底流管时水力旋流器处理能力最高、分离粒度最大;在直管型底流管下部加设堵气锥时水力旋流器分离修正总效率最高、分离粒度最小、分流比最小;采用传统的直圆管结构时水力旋流器分离精度α值最大;采用水封式直圆管结构时水力旋流器分流比最大。     

MVR系统中管柱式气液旋流分离器性能研究

机械式蒸汽再压缩技术中,蒸发器产生的蒸汽进入压缩机前需要进行气液分离,考虑到结构紧凑性与分离稳定性,本文提出采用管柱式气液旋流分离器进行此操作,对其进行了结构参数设计和Fluent数值计算。经过研究：发现溢流管和底流管尺寸对分离器性能影响较大,改变二者数值大小,当溢流管直径为50mm、底流管直径为40mm时,溢流管和底流管的气、液相体积分数可分别达到1,且满足文献中对于出口流速的要求;证明了分离器流场内外旋流与内旋流的运动规律,两者旋向相同,运动方向相反;相比较单入口,采用双入口的管柱式气液旋流分离器,内部流场参数分布高度对称,分离过程更加稳定;适当增加旋流器直径,可降低流体通过压降,缩短纯液相区与纯气相区间过渡区域,改善分离器性能。     

压载水旋流器结构因素对分离性能影响分析

随着全球贸易和船舶运输的发展,压载水对环境的影响越来越大。水力旋流分离设备是压载水净化的重要固液分离设备。本文使用计算流体力学,建立数学模型模拟压载水旋流分离过程,模型包括多相湍流雷诺应力模型RSM、处理气液界面的自由表面多相流动模型VOF、处理固体颗粒运动规律的离散相模型DPM。通过数值模拟计算柱段长度、底流口直径和溢流口直径这几个关键因素对旋流器内部流场和分离效率的影响,获得了各个因素对分离效率的影响规律：柱段长度变化对旋流器分离效率的影响不大;底流口直径对旋流器压力降的影响不明显,但对分流比的作用比较大;溢流管直径的增大有助于降低能耗和增大溢流口流量,但随着溢流管直径的增大,分级粒度变大。这些规律为高效旋流分离净化压载水奠定了基础。     

水力旋流器结构与分离性能研究（二）：溢流管结构

研究了水力旋流器溢流管结构形状对其分离性能的影响，结果表明：溢流管采用３０°渐扩管加锥结构时，水力旋流器处理能力最高；溢流管加虹吸装置时，水力旋流器分离修正总效率最高、分流比最小；采用普通型薄壁直圆管结构时，水力旋流器修正分离粒度ｄ５０Ｃ最小、分离精度α值最高。     

溢流管直径对旋流器分离效率影响的数值模拟

在溢流管长度L0均分别设定为10mm、15mm、20mm条件下,应用Fluent软件对不同直径的直筒式水力旋流器进行了数值模拟,得到了不同入口速度下的压降和分离效率。结果表明,当溢流管直径为3mm时,旋流器的分离效率最大。旋流器主直径D一定时,使旋流器分离效率最高的直径也是一定的,一般溢流口直径选择经验值为D/(5~8.5)。     

水力旋流器溢流管结构对微细颗粒分离的影响

针对直径为50 mm的小直径水力旋流器,考察了溢流管插入深度和壁厚以及进口流量对微细物料分离效率的影响,并利用正交分析法得到了溢流管最优的插入深度、壁厚及最适的进口流量。此外,考察了两种套筒式溢流管对水力旋流器分离性能的影响。最后,在最优溢流管结构的基础上,探讨了分流比对分离效率的影响。结果表明：水力旋流器的直筒段具有一定的分离作用;对于微细物料的分离,溢流管采用薄壁且插入深度与水力旋流器直筒段长度相当的设计,有利于提高微细颗粒的分离效率。针对水力旋流器溢流管插入深度与其直径的最佳比例,小直径水力旋流器的比大直径水力旋流器的大,表明它们的分离行为存在着较大的差异。     

底流管直径对旋流防阻机性能的影响

为考察由旋流分离器和引射回流装置组成的污水旋流防阻机在不同底流管直径下的分离性能,进行了砂水分离实验和生活污水除污实验。实验结果显示：连续底流的旋流防阻机与封闭集污槽的旋流分离器相比,前者具有更高的分离效率,且能量损失增加基本可以忽略。相比Kelsall提出的折算分离效率,提出了更加适合旋流防阻机的综合考虑分离效率和热泵系统可用水量的综合分离效率。该旋流防阻机的最优底流管直径为5～10 mm,即最优底流管直径与溢流管直径比值为12.5%～25%。此时,污水旋流防阻机对原生生活污水中小于4 mm污杂物的分离效率为92.6%～94.3%,分流比为1.32%～2.54%。这说明通过旋流分离机制,可以达到污杂物暂离,净水取热的条件。另外,分流比与底流管直径呈正比。     

凸出式溢流管对旋流器分离效率的数值模拟

应用Fluent软件对不同角度的凸出式溢流管进行了数值模拟,得到了不同入口速度下的压降和分离效率。结果表明,与直筒式溢流管相比,凸出式溢流管并没有提高旋流器的分离效率,凸出式溢流管角度越大,旋流器分离效率越小。     

柱型水力旋流器柱段长度的研究

针对柱型水力旋流器,以能量损失最小和最佳分离效率为目标函数,运用Fluent软件进行数值模拟,获得旋流器柱段的最佳长度以及柱段长度和溢流管插入深度的最优关系。     

溢流管结构对天然气水合物用旋流器分离性能的影响

建立了主直径100 mm的旋流器模型,采用计算流体力学(CFD)方法研究了溢流管内径、插入深度及壁厚对旋流器分离天然气水合物性能的影响规律。结果表明,入口流速为9 m/s时,随溢流管内径增大,水合物分离效率增大,砂的分离效率降低,旋流器的压力降逐渐减小;随溢流管壁厚增大,水合物和砂的分离效率稍有增大,旋流器的压力降先增大后减小;随溢流管插入深度增大,水合物分离效率先减小后增大,砂的分离效率先增大后减小,旋流器的压力降波动较小。溢流管内径对旋流器分离天然气水合物性能的影响最大,插入深度次之,壁厚的影响最小。     

Experimental study of the relationship between separation performance and lengths of vortex finder of a novel de-foulant hydrocyclone with continuous underflow and reflux function

To solve the blockage and defer the fouling of sewage heat exchanger, a novel de-foulant hydrocyclone with continuous underflow and reflux function was proposed. Experimental results demonstrated that the novel hydrocyclone had a remarkable behavior on separating the sand (75–250 μm) and foulant (<4 mm). The continuous underflow and reflux function could significantly improve the separation efficiency by relieving the particle re-entrainment and eliminating the air core without increasing energy consumption (<17 kPa) and split ratio (<10%) considerably. Besides, the range of optimum vortex finder length was proportional to the particle density.     

Studies on the performance of a hydrocyclone and modeling for flow characterization in presence and absence of air core

Hydrocyclones are getting more and more interest from various industries. They are widely used to separate particulates from liquid at high throughput because of their advantages like simple structure, low cost, large capacity and small volume, require little way of maintenance and support structure. Modeling of complex and multiphase flow behavior inside the hydrocyclone is done usually with the help of computational fluid dynamic study. Current study involves experimental investigation of separation performance characteristics of the hydrocyclone using new design parameters. For experimental purpose, a new hydrocyclone was designed with insertion of solid rod, at central portion of conical section of hydrocyclone, inside the hydrocyclone . By which air core could be eliminated effectively and hydrocyclone performance is improved. This effect may be observed due to reduction of radial and axial components of velocity and turbulence in the area near the entrance of the vortex finder. Therefore, the flow field characteristics inside the hydrocyclone with no air core become more suitable for separation. Also the effect of flow rate, vortex finder depths, air core and particle interaction were studied experimentally. A new arrangement was suggested to eliminate the air core formed inside the hydrocyclone. In this case, effect of diameter and height of solid rod inserted inside the hydrocyclone with changing total inlet flow rate was studied experimentally. Three-dimensional geometry and meshing of hydrocyclone is created in Gambit, preprocessor of commercial software—Fluent, for hydrodynamic study.     

排气管对旋风分离器轴向速度分布形态影响的数值模拟

采用数值模拟考察了排气管直径及结构对旋风分离器内轴向速度分布形态的影响。结果表明,改变排气管直径可使旋风分离器内轴向速度径向分布出现倒V形和M形两种不同的形态。排气管直径由小到大,轴向速度径向分布逐渐由倒V形转变为M形,轴向速度滞流最先产生于排气管内并不断向分离器下部空间扩展,排气管直径大到一定程度,轴向速度滞流甚至扩展至整个分离器空间。滞流区的径向范围亦随排气管直径的增大而增大;同时分离器中心轴向速度不断减小,滞流程度增加,甚至出现倒流。排气管下端扩口或缩口均可影响轴向速度的分布形态。上述轴向速度的分布形态与压力的轴向梯度相关,当排气管内能耗在总能耗中所占比例较小时,分离器中心压力的轴向梯度为正,从而使轴向速度产生滞流。     

Enhancement of hydrocyclone performance by controlling the inside turbulence structure

A new hydrocyclone was designed with a winged core fixed below the vortex finder in this study. With the winged core, the turbulence structure characteristics inside the hydrocyclone, including time-averaged pressure, pressure fluctuation, relative pressure fluctuation characteristics, and distribution characteristics of the probability density of the turbulence pressure, were all positively controlled. By controlling the turbulence structure, the performance of the new hydrocyclone was improved effectively. Compared with the common hydrocyclone, the new hydrocyclone was featured with lower energy loss coefficient, higher reduced separation efficiency, higher separation sharpness and larger capacity.     

分流型芯管开缝结构对导叶式旋风管分离性能的影响

通过改变分流型芯管开缝面积比和开缝位置研究了开缝结构对旋风管压降和不同粒径颗粒分离效率的影响.结果表明,侧壁开缝的分流型芯管能够有效地降低旋风管的压降并且提高不同粒径颗粒的分离效率;随着开缝面积比增大,旋风管压降降低,开缝面积比为3.0使5μm以上颗粒分离效率最高;分流型芯管下部开缝能够提高旋风管的操作弹性.