双级活塞推料离心机流场的数值模拟研究

摘要

活塞推料离心机是一种连续加料、脉动卸料的卧式过滤式离心机。它具有连续推料、功率消耗低、生产能力大、产品含湿率低及晶粒破碎少等突出优点，而且对具有良好过滤性能的晶粒、颗粒及纤维物料有着极好的适应性，其中双级活塞推料离心机是活塞推料离心机中使用最多的一种机型。随着工业化生产规模的加大，双级活塞推料离心机在应用上向高产量、高效率、低能耗等方向发展，这就需要对离心机的过滤过程开展研究，以期指导工程应用。
　　本文运用大型商业流体力学计算软件FLUENT，建立了P-100型双级活塞推料离心机三维计算模型。为了模拟转鼓内部的液体流动以及一级转鼓的运动过程，计算中转鼓内的流场采用滑移网格模型，一级转鼓边界采用动网格模型，而筛网被简化为多孔介质模型，并通过筛网渗透性实验得到相应的简化参数。计算中选择RNG k-ε湍流模型，采用欧拉-欧拉多相流方法模拟液-固两相的运动。利用建立的模型，计算得到了双级活塞推料离心机转鼓内部流体流动的速度场、压力场、湍流结构和固含量分布等。数值模拟结果与理论经验值和试验值吻合得较好，从而证明了模型建立的准确性和可行性。
　　本文利用建立的数值模拟模型，计算研究了双级活塞推料离心机结构参数（推料频率和筛网参数）和操作条件（转速和进料浓度）对分离效果的影响规律。结果表明，当推料频率增大时，滤饼固含量、澄清液含固率和离心分离达到稳定的最初时间逐渐变小，而固相回收率和滤饼达到最大固含量的最初始轴向坐标值却不断增大；当筛网缝隙宽度增大时，滤饼固含量和澄清液含固率会增大，而固相回收率、离心分离达到稳定的最初时间和滤饼达到最大固含量的最初始轴向坐标值变化规律与之相反；当转速增大时，固相回收率、澄清液含固率和滤饼达到最大固含量的最初始轴向坐标值会随之变小，滤饼固含量会随之增大，而离心分离达到稳定的最初时间变化并无规律；当进料浓度增大时，离心分离达到稳定的最初时间和滤饼达到最大固含量的最初始轴向坐标值会逐渐变小，而滤饼固含量、澄清液含固率和固相回收率变化规律与之相反。同时，本文还得到了不同参数下滤饼到达最大固含量所需要最小转鼓的长度。
　　本文的研究是对双级活塞推料离心机乃至过滤式离心机的过滤过程数值模拟的首次尝试，研究结果为过滤式离心机的数值模拟和结构优化设计提供了借鉴，对指导双级活塞推料离心机的应用有较大的意义。

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第一章 文献综述

1.1 概述

1.2 国内外研究现状

1.3 计算流体力学方法及其应用

1.4 本文的研究目的与内容

第二章 数值模拟的基本理论模型

2.1 过滤基本理论

2.2 湍流模型

2.3 多相流模型

2.4 滑移网格模型

2.5 动网格模型

2.6 多孔介质模型

2.7 本章小结

第三章 实验设计

3.1 筛网渗透性实验

3.2 工业现场试验

3.3 本章小结

第四章 数值模拟的建模方案

4.1 结构尺寸

4.2 物性数据

4.3 几何模型

4.4 流场离散

4.5 网格无关性验证

4.6 边界条件

4.7 数值求解方法

4.8 本章小结

第五章 数值模拟计算结果分析与讨论

5.2 压力分布

5.3 湍流结构

5.4 固含量分布

5.5 本章小结

第六章 结构参数和操作条件对离心分离效果的影响

6.1 结构参数对离心分离效果的影响

6.2 操作条件对离心分离效果的影响

6.3 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

附录

致谢