双锥结构设计对旋流器流场特性与分离性能的影响

摘要

复合锥旋流器的分离性能通常优于单锥旋流器,但锥段组合方式对旋流分离过程的影响机制尚未明晰,导致复合锥的结构优化设计仍主要基于生产经验。针对实验室ϕ150 mm水力旋流器,采用RSM湍流模型和TFM多相流模型系统考察了双锥结构中不同锥段锥角大小(10°、15°、20°和30°)及组合顺序对旋流器流场特性和分离性能的影响,并与常规单锥旋流器进行了对比。结果表明,双锥结构锥角大小的影响与单锥锥角影响规律基本一致,分离性能介于组成双锥结构的2种单锥结构之间,但沉砂分配曲线受小锥锥角影响更为明显。不同锥段具有各自独特的作用,其中大锥主要通过影响压降和切向速度来控制旋流器的离心强度和分离精度,而小锥主要通过影响沉砂口附近物料堆积状态和轴向速度分布来控制分离粒度、水分流比和沉砂颗粒产率。在相同工况条件下,通过合理匹配不同锥段,可显著改善旋流器分离性能,其中DC-Ⅰ结构(30°+10°)的分离粒度最小(d_(50)=15.34μm),而DC-Ⅳ结构(10°+30°)的分离精度最高(α=7.34)且能耗最低(P=67.09 kPa)。研究结果可为双锥旋流器结构设计与优化提供理论指导。