带中心固棒的钟形溢流管旋流器数值模拟和试验研究

针对旋流器短路流造成的溢流跑粗问题,提出了一种中心带固棒的钟形溢流管旋流器,通过数值模拟对比分析了加设中心固棒前后旋流器内部流场以及空气柱形成过程的变化规律,并进行了PIV试验验证。结果表明,PIV试验与数值模拟结果吻合良好,验证了数值模拟结果的准确性。加设固棒后,旋流器径向速度梯度和压力梯度都增大,颗粒所受径向力增大,有利于颗粒的径向分离。旋流器外旋流轴向速度增大,内旋流轴向速度减小,同时零速包络面内迁,底流分流比增大。     

WFGD水力旋流器中石灰石颗粒分级试验与数值模拟

湿法烟气脱硫装置中水力旋流器分级试验表明,进口石灰石浆液的颗粒质量浓度15%时,溢流口颗粒质量浓度达30%;溢流颗粒则集中于30μm以下;随着颗粒粒径的增大,颗粒底流口回收率也在增大,当粒径达到30μm时,回收率已经接近100%。数值模拟表明,雷诺应力湍流模型、自由表面多相流动模型和斯托克斯拉格朗日模型能很好地描述水力旋流器内复杂三维运动的石灰石颗粒分级运动和规律。采用了初始边界条件不需给分流比、也不需设定空气柱的数值方法,模拟结果显示了空气柱的形成、流体的旋流流动。模拟得到的不同粒径颗粒的分级效率与高进口质量浓度条件下的试验结果吻合较好。     

锥形溢流管开缝水力旋流器流场特性与分离性能研究

为降低旋流分离器压降,达到节能减排的目的,设计溢流管底部开缝结构的旋流器。通过固液分离试验与数值模拟相结合,对常规溢流管（型号Ⅰ）、溢流管双切开缝（型号Ⅱ）、溢流管单切开缝（型号Ⅲ）的旋流器入口流量由780 m L/s逐渐增至1 000 mL/s时的分离性能进行分析研究。研究结果表明：随入口流量的增加,锥型溢流管开缝对旋流器分离效率的影响逐渐减小,压降降幅逐渐增大,入口流量为980 mL/s时,两种改进后旋流器分离效率达到最高值,相较于型号Ⅰ旋流器,型号Ⅱ和型号Ⅲ旋流器的分离效率均基本保持不变,而压降分别降低高达到22.85%,27.46%,节能效果显著。模拟结果显示改进后旋流器的轴向速度、切向速度、压强均有所下降,溢流管开缝对轴向速度影响较大,中心处轴向速度降低明显,对切向速度影响较小。为深入探究旋流器内部流场的规律和旋流器结构改进提供了依据。     

水力旋流器细粒分离效率优化与数值模拟

水力旋流器内流体质点的切向速度、径向速度和轴向速度的分布规律及其流体动力学机理对于细粒分级粒径和效率具有决定性作用,并且受旋流器的结构参数、操作参数和物性参数等因素的影响。选用耐磨耐腐蚀的聚氨酯材料制造的不同规格固液分离水力旋流器,综合考虑分割粒径、处理流量、沉砂产率3项分离效率指标,通过多指标正交试验优化得到分离钙土的工作参数如下:旋流器直径50 mm,底流口直径10 mm,溢流口直径8 mm,并且在0.30 MPa给料压力下可达到分割粒径1.78μm,处理流量为2.39 m3/h的分离效率。同时针对优化后的旋流器工作参数,利用适用于旋流器湍流场的雷诺应力模型,运用FLUENT软件计算不同直径颗粒的亲水性固体在水动力中的速度场,得到分离介质的滞留时间为1.8×10 2s,反向轴速度最大可达3.08 m/s,最大切向速度半径为0.046 m,使得分离效率达到78.6%;从压力场的数值模拟结果看出,径向压强梯度从762.5 kPa/m增大到6 822.2 kPa/m,实现分割粒径达到1.78μm的效果。根据旋流器中压力场、速度场分布特征以及分离介质轨迹等数值模拟结果,提出延长分离介质的滞留时间、提高进料压力、降...     

进液量对气举式同向出流旋流器分离特性影响

为了提高旋流器的分离效率,提出一种气举式同向出流水力旋流器结构,通过注气的方式将旋流器轴心的油核举升至溢流口,加速油核向溢流口方向运动,进而提升旋流器的分离性能。基于雷诺应力模型（Reynolds Stress Model,RSM）与多相流模型（Mixture）,模拟计算了入口进液量对气举式同向出流旋流器分离性能的影响,分析了进液量对旋流器内气核形态、速度场分布以及分离性能的影响规律。数值模拟结果表明：进液量分布在（3.6～8.4）m3/h范围内时,随着进液量的增加,注气口处压力逐渐增大,混合液内各相介质的轴向速度与径向速度均有显著提高,旋流器轴心处的油相体积分数明显增大,旋流器的分离效率从64%增至77.9%。     

内螺旋道式旋流器流场特征及分离性能

针对传统旋流器分级效率低的问题,提出一种内螺旋道旋流器,利用CFD软件进行数值模拟,研究了内螺旋道结构尺寸对旋流器内部流场规律的影响,并通过试验将内螺旋道旋流器与常规旋流器进行了对比验证,模拟结果表明:内螺旋道旋流器的流场静压及轴向速度降低,能量损失减少,颗粒在旋流器内部流场的停留时间增加,切向速度增大,分离效果增强....     

生产参数对水力旋流器分离效果的影响

针对现场生产参数直接影响到水力旋流器油水分离效果的问题,建立其关键部件S31803型旋流管的数值模型,利用Fluent对旋流管流场进行数值模拟,通过UDF定义油滴在连续湍流场中的最大稳定直径,分析压差比、含气率、处理量对水力旋流器分离效果的影响,并由现场试验进行验证。研究结果表明:当压差比的增加时,水相出口含油率降低,出口流量下降,溢流比上升;入口含气率在2%以下时,对水相出口含油率无明显影响,含气率大于2%时,低密度的气体挤占了溢流通道使水相出口含油率明显升高,含气率越高水相出口含油率越高;处理量增大时会增加向心加速度,但同时加强了流场中的湍流强度,油滴破碎机率上升,分离效果受到影响。该研究对水力旋流器的生产参数采用数值模拟配合试验验证的方法进行优化,提高设备调试效率,为水力旋流器现场应用及研究提供技术参考。     

分流比对两相旋流器性能的影响

通过计算流体动力学Fluent软件,研究分流比对旋流分离器性能的影响,模拟了旋流器内分流比对旋流器所处理流体的压力特性、速度分布及分离效率的影响。发现随着分流比的增大,底流压力降增大,溢流压力降降低,分流比与压降比呈线性关系;简化效率Ej及质量效率Ez变化趋势相似,随着分流比的增加都呈现增长趋势,而综合效率E却随着分流比增加呈现先增大后减小的变化趋势。当分流比为12%时,旋流器综合效率最高,而此时简化效率与质量效率均高于90%。通过室内试验,得出模拟与试验结果吻合良好,从而验证了模拟计算结果的可靠性。     

基于Plackett-Burman设计的微型旋流器结构参数灵敏度分析

为了研究微型旋流器结构参数对油水两相分离效率的影响,采用计算流体动力学分析方法,借助Plackett-Burman试验设计,以微型旋流器结构参数为研究对象,开展结构参数的灵敏度分析优选。针对不同试验组的微型旋流器结构,进行数值模拟和实验验证研究,研究对油水两相分离效率的影响规律。结果表明,结构参数的显著性由高到低的顺序为柱段旋流腔直径>溢流直径>底流管长度>小锥角>柱段旋流腔长度>大锥角>溢流口插入深度。随机选取6#和11#微型旋流器开展室内实验,对数值模拟结果的准确性进行验证,随着含油浓度的增加分离效率呈现逐渐降低的趋势,模拟值和实验值的平均误差为2.83%,呈现出了较好的一致性。     

微型旋流器溢流口结构参数对SCR废催化剂分离性能的影响

TiO2(钛白)以其优越的白度和稳定的物理化学性质被广泛应用于涂料、橡胶、塑料、日化等行业。采用旋流分离法从SCR废催化剂中分离出TiO2,以提高净化效率为目标,通过试验和模拟研究考察了微型旋流器溢流管的结构对分离效率的影响。数值模拟上采用了雷诺应力模型和离散型模型模拟,试验上使用直径为20mm的微型旋流器来分离粒度分布为(1～56)μm的颗粒物料。结果表明,在相同的处理量下,溢流口直径为4.5mm、溢流管伸入深度为10mm时,旋流器对物料的净化效率最高。     

抛物线型旋流器分离特性的数值模拟和试验研究

针对水力旋流器易出现底流夹细的问题,提出并设计了一种抛物线型旋流器,利用模拟软件Fluent 14.5对比分析了传统型和抛物线型旋流器的内部流场和分离性能,并进行了试验研究。模拟结果表明,与传统旋流器相比,抛物线型旋流器内部流场更加稳定,有效避免了因流场紊乱造成的粗细颗粒混杂。进一步的试验研究显示,抛物线型旋流器底流中细颗粒的含量明显降低,分离粒度由30μm增加到49μm,陡度指数由0.13增加到0.2,表明旋流器的分离精度提高,底流夹细现象得到明显改善。     

背压对脱水除油一体式液液分离旋流器流场及分离性能影响的研究

应用FLUENT流体动力分析软件,对脱水除油一体式液液分离旋流器进行了数值模拟,分析了底流背压、溢流背压对旋流器速度分布、流量分率及分离效率的影响。结果表明,底流背压和溢流背压对旋流器流量分率的影响可归结为压降比的影响;底流背压和溢流背压对旋流器分离效率的影响可归结为底流分率的影响;牛顿效率比传统的除油效率和脱水效率更能全面地表征旋流器油水分离的性能。随着底流分率的增大,牛顿效率先升高再降低,存在一个最佳操作点。研究结果及新的表征方法对旋流器的研究和实际应用具有指导意义。     

旋流分离器中固体颗粒随机轨道的数值模拟及分离特性分析

在考虑液相与固体颗粒之间相互作用的条件下,对液相采用雷诺应力模型(RSM),固粒采用随机轨道模型成功地模拟出固体颗粒的运动轨迹,这形象地反映出固体颗粒在旋流器中的分离过程。分析颗粒运动迹线表明颗粒粒径、颗粒注入位置以及颗粒在循环流中的流动特性等方面对分离性能都存在着很大的影响;另外,利用底流与溢流排出的颗粒数量比例来确定粒级效率,在与试验值比较后发现两者相近,从而为确定粒级效率提供了又一种方法。     

轴入式两级串联旋流器流场分析与性能评估

为解决狭长空间内无法实现油水两相介质高精度分离的问题,结合旋流分离理论,设计了一种可实现轴向进液的两级串联旋流器,针对该装置开展内部流场特性及 分离性能研究。揭示了不同处理量及分流比对旋流器内速度场、压力场、浓度场以及分离效率的影响规律。结果表明：随着处理量的增大,底流口压降最大值逐渐增大且增长速率逐渐增大,旋流腔内切向速度也逐渐增大;增大一级溢流分流比,可减小环式通道及二级旋流器内的切向旋动能,二级溢流分流比对一级旋流器分离性能影响不大;实验及模拟得出研究范围内一级分流比为20%、二级分流比为15%时分离效率最高,最佳处理量为4.8 m3/h,最佳总分流比为32%;装置对不同流量、不同分流比条件具有较强的适应性,分离效率最高可达99.6%。     

污水除油旋流器内流场的CFD模拟

简要地介绍了液-液旋流分离器的工作原理、优点和应用.对旋流器进行几何建模,并对模型进行网格划分和定义边界条件.用计算流体力学CFD数值方法,并采用RSM模型对污水除油旋流器的流场进行了数值模拟.对液-液两相流场进行了研究,得出分离器内部的速度场、压力场、粒子轨迹分布和各相体积分数分布图.初步揭示了液-液两相分离的现象....     

疏浚底泥分离用旋流器的数值模拟与试验研究

提出了一种用于疏浚底泥分离的新型锥形进料体旋流器结构,采用雷诺应力(RSM)湍流模型,应用Fluent软件分别对柱形和锥形进料体旋流器内部的流场进行数值模拟,结论表明锥形进料内流体的轴向速度和切向速度均有所提高,有利于减少短路流,提高分离效率。采用粒子图像测速技术(PIV)对锥形进料体旋流器内部流场进行测试并与模拟结果比较。结果表明模拟值与实测值吻合良好,验证了模拟方法的正确性。     

基于正交的二次分离旋流器结构优选数值分析

一体化二次分离旋流器是在单体旋流器内部进行二次分离的一种新型旋流器。利用正交法,基于计算流体动力学软件,分别对一级溢流管长度、圆柱段长度、二级溢流管伸入长度、二级锥段角度、底流管长度等结构进行优选。设置油相体积分数为2%、油滴粒径为30μm的混合液作为研究介质。首先采用单一指标的方法找出分离效果最优的结构,然后将优选后的结构与初始结构进行了对比验证。此方法可为水力旋流器的结构参数优选提供参考。     

基于正交法的一体化二次分离旋流器结构参数优选

主要研究了一体化二次分离旋流器结构的初步设计,利用正交试验法,检验一级溢流口直径、二级溢流口直径、底流口直径对旋流器分离效果的影响。确定分离效率为正交试验中的指标,针对试验结果分别利用直观分析法和方差分析法进行分析,验证2种方法的一致性,并对因素进行了显著性检验,发现在研究范围内3种因素均对旋流器整体的分离效果无明显影响。     

同向出流倒锥式旋流器的结构模拟分析

基于现有油水分离的研究成果,提出了一种新型旋流器——同向出流倒锥式旋流器,介绍了其结构及工作原理。基于计算流体力学(CFD)方法,运用Fluent软件对其内部流场进行了数值模拟分析,通过观察流场特性,分析了新型旋流器的典型结构参数(溢流管直径、溢流管伸入长度、锥角和出水口尺寸)对其分离性能的影响。     

利用光压差分技术筛选细胞的影响参数

本文采用有限体积法建立了交叉型细胞分离模型,提出了一种基于光压差分的细胞筛选仿真方法,分析微流体中细胞筛选的影响因素。基于层流、流体流动粒子追踪、波动光学理论,利用有限元分析法建立了一种交叉型光学颗粒分离模型,研究了利用光压差分技术分离细胞的各种影响因素,其中包括微粒直径,激光功率、温度、光纤直径,分析了微粒在流体中因光辐射压力作用下的偏移距离。实验结果表明:在微流体中,激光功率、细胞直径、温度(20℃)和偏移距离大体上成正比关系,光纤直径和细胞直径在大小相当的情况下光辐射压力能够达到最大值,当激光通过光纤作用于直径分别为3,8和20μm的微粒时,光纤直径为7μm或8μm时光辐射压力最大,所以选用直径为8μm的单模光纤作为一个重要的实验光学器件。所得结论为深入研究细胞筛选影响因素的数值仿真精度提供了参考与借鉴。