新型三产品水力旋流器设计与结构优选数值模拟研究

摘要

水力旋流器的应用非常广泛，因此国内外的很多专家学者进行了大量的各个方面的研究，目前对于旋流器的设计方法、分离机理和应用实践等已经有了较为完善的理论基础。三产品水力旋流器的研究要晚于常规水力旋流器，对其内部流场、压强和分离机理等方面的了解还不够完善，需要进行更多的研究，所以，在本文的新型三产品水力旋流器的研究中没有较好的理论或实践结论可以借鉴。三产品水力旋流器的应用逐渐被人们认识，其在造纸工业、石油工业等很多领域都有重要的应用，因此，三产品水力旋流器将是未来水力旋流器的一个重要的发展方向，其发展潜力很大，研究三产品水力旋流器具有重要的意义，本文采用数值模拟的方法对新型水力旋流器进行结构优选和分离机理的研究。
　　首先，对新型三产品水力旋流器的分离机理进行了简单的描述，介绍了新型三产品水力旋流器结构设计的原理，确定了进行结构优选的三种主要参数，包括底流口直径、中间挡板长度和中间挡板直径。
　　其次，采用数值模拟的方法，分别分析了底流口直径、中间挡板长度和中间挡板直径这三种参数对旋流器的分离效率、特征参数、流场和压强的影响。可以知道，底流口直径和中间挡板长度对分离效率的影响都很小，中间挡板直径对分离效率的影响相对较大，当Db=104.54mm时，分离效率取得最优值。底流口直径和中间挡板直径对压强和切向速度的影响较大，中间挡板长度的变化对压强和切向速度均有一定程度的影响，但影响幅度相对较小。底流口直径对水的分流比的影响较大，中间挡板长度和中间挡板直径对水的分流比的影响很小，基本可以忽略。经过对底流口直径（Du）、中间挡板长度（Lb）和中间挡板直径（Db）这三种结构参数的影响分析，可知新型三产品水力旋流器的最优结构为Du=14.00mm、Lb=85.00mm、Db=104.54mm。
　　再次，将综合性能最优的新型三产品水力旋流器与原单筒水力旋流器进行对比分析，结果表明新型三产品水力旋流器的分离效率优于原单筒的水力旋流器，两种水力旋流器的压强分布规律很相似，新型三产品水力旋流器的压强稍大于原单筒水力旋流器。新型三产品水力旋流器与原单筒水力旋流器的内部流场分布规律也很相似，但有一些细微的差别，新型三产品水力旋流器内颗粒的运动轨迹更加复杂。在新型三产品水力旋流器内，颗粒从外筒入口进入旋流器，在离心力的作用下，较大颗粒直接进入外筒下行流从外筒底流口排出，其它颗粒进入外筒上行流向上运动，从内筒入口进入内筒，随内筒下行流向下运动，大多数中间粒径颗粒从内筒底流口排出，小颗粒则进入内筒上行流，最终从溢流口排出。
　　最后，分析了新型三产品水力旋流器内不同粒径的颗粒受到的主要作用力及其变化规律。颗粒的运动主要受到流体曳力、压力梯度力和离心力的作用。随着颗粒粒径的增加，离心力、流体曳力和压力梯度力都呈减小的趋势。当颗粒粒径较小时，离心力、流体曳力和压力梯度力随颗粒粒径的变化较大，当颗粒粒径较大时，离心力、流体曳力和压力梯度力基本保持不变。

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第一章 绪论

1.1水力旋流器简述

1.2研究目的和意义

1.3研究内容

1.4研究技术路线

第二章 水力旋流器研究现状综述

2.1 水力旋流器的研究进展

2.2 三产品水力旋流器研究进展

2.3 数值模型的研究进展

第三章 新型三产品水力旋流器的分离机理及结构设计

3.1 新型三产品水力旋流器的分离机理

3.2 设计基础及设计原理

3.3 结构设计

3.4 小结

第四章 新型三产品水力旋流器内结构参数的优选

4.1 底流口直径的影响

4.2 中间挡板长度的影响

4.3 中间挡板直径的影响

4.4 小结

第五章 新型三产品水力旋流器与原单筒水力旋流器的对比分析

5.1 分离效率对比分析

5.2 流场分布的对比分析

5.3 压强分布的对比分析

5.4 湍动能分布与湍动能耗散率分布的对比分析

5.5 涡度的对比分析

5.6 螺旋度的对比分析

5.7 颗粒受力的模拟结果

5.8 小结

第六章 结论与展望

6.1主要结论

6.2不足与展望

参考文献

在学期间的研究成果

致谢