液—固水力旋流器兩相流動數(shù)值模擬研究進展

1、液—固水力旋流器兩相流動數(shù)值模擬研究進展液—固水力旋流器廣泛應用于各個行業(yè)，如石油化工、選礦、造紙、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境保護和食品等。近年來，隨著各工業(yè)領域的不斷發(fā)展，對液固分離技術與裝備提出了新的挑戰(zhàn)和更高的要求同時，為了適應當今不斷高漲的降低能耗的要求，目前迫切需要開發(fā)出高分離速度、高脫水度、高分離精度的高性能液—固分離技術然而，由于實驗條件的限制，單純通過實驗來研究旋流器的性能不僅周期長而且費用高，如果輔助以理論分析計算和流場模擬等方法

2、來研究旋流器內(nèi)部流體流動規(guī)律，以及結構尺寸變化對分離性能和壓力特性的影響等，則可縮短研究周期和實驗費用，具有重要的理論研究和工程應用價值。液—固水力旋流器結構及工作原理固水力旋流器結構及工作原理圖1所示為典型的液—固旋流器，主要由進料口、溢流口、底流口和器壁組成。其工作原理為，當液體高速旋轉受離心力作用時，輕相向軸心遷移，從溢流口排出，重相向壁面運動，由底流口排出，從而實現(xiàn)輕相(液)和重相(固)分離的目的。圖1典型液—固旋流器兩相流場數(shù)

3、值模擬研究進展兩相流場數(shù)值模擬研究進展液—固水力旋流器中液固分離的問題在數(shù)值模擬中定義為液體和固體不相容的兩相流問題。由于液固兩相之間的相互作用和每一相的運動，傳熱傳質(zhì)和反應等的影響，顆粒相的模擬基本分為兩類：一類是Euler方法，該方法除將流體作為連續(xù)介質(zhì)外，把顆粒群也作為擬連續(xù)介質(zhì)或擬流體，設其在空間有連續(xù)的速度和溫度分布及等價的輸運性質(zhì)(粘性擴散導熱等)；另一類是Lagrange方法，該方法把流體作為連續(xù)介質(zhì)，而將顆粒群看作離散體

4、系，并以此來探討顆粒動力學顆粒軌道等基于這兩種方法，研究者采用了不同的模型對旋流器內(nèi)的兩相分離過程進行了模擬研究。果和實驗數(shù)據(jù)吻合較好，驗證了數(shù)值模擬方法的正確性。隨著固—旋流器內(nèi)兩相流動數(shù)值模擬的不斷發(fā)展，研究人員對現(xiàn)實生活中的旋流問題采用CFD軟件進行模擬。耿麗萍等(2004)采用多流體模型和雷諾應力模型對高爐污泥在旋流器內(nèi)的顆粒分離進行數(shù)值模擬數(shù)值計算得到的顆粒分級效率曲線與實驗結果基本吻合王永虎等(2004)采用以旋流器作為分離

5、平臺，對黃河泥沙分離時的液流建立數(shù)學模型，對泥沙顆粒的運動動力特性進行分析該研究忽略細微泥沙顆粒在水力旋流器內(nèi)對液流的影響，通過分析進入旋流器的液流，具體分析液流等式和建立RNG數(shù)值模型等式，從而獲得顆粒運動軌跡和渦旋效應對液流顆粒運動的影響以及顆粒分離效率的影響因素蘇發(fā)章等(2008)為了改善滴灌系統(tǒng)泥沙分離器的性能，利用CFD軟件對旋流器內(nèi)液—固兩相流場進行三維數(shù)值模擬，針對計算與實驗結果分析原型機流場存在的問題，根據(jù)數(shù)值模擬結果進

6、行改型設計改型后的旋流器分離效率提高了，實驗結果與預測結果比較吻合。祁應楠等(2009)對馬鈴薯淀粉生產(chǎn)過程中旋流器內(nèi)部流場采用RSM模型，在控制參數(shù)的設定上，采用SIMPLE算法，其他的方程均采用二階迎風格式通過對旋流器內(nèi)部流場速度分布和壓力分布的研究，優(yōu)化生產(chǎn)馬鈴薯淀粉旋流器的結構。結論與展望結論與展望盡管液—固旋流器的結構簡單，但其內(nèi)部流場復雜，從簡單的κε湍流模型到近些年被廣泛應用的雷諾應力模型，其仿真精度逐步提高由于受到兩相流