錐形進(jìn)料體旋流器的數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、傳統(tǒng)旋流器由于存在短路流，不可避免地造成溢流跑粗、底流夾細(xì)等問(wèn)題，直接影響旋流器的分離精度。造成這一問(wèn)題的原因與旋流器進(jìn)料體結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系，因此本文提出將傳統(tǒng)圓柱形進(jìn)料體改為錐形進(jìn)料體結(jié)構(gòu)。采用數(shù)值模擬結(jié)合粒子圖像測(cè)速技術(shù)(Particle Image Velocimetry, PIV)對(duì)其流場(chǎng)分布及分離性能進(jìn)行了詳細(xì)研究。本研究對(duì)探明消除短路流機(jī)理、豐富旋流分離理論及實(shí)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)有一定的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
　　本文將

2、旋流器的傳統(tǒng)柱形進(jìn)料體改為漸擴(kuò)及漸縮兩種錐形結(jié)構(gòu)形式，為了分析改進(jìn)后的兩種進(jìn)料體結(jié)構(gòu)對(duì)分離性能的影響，設(shè)計(jì)了Φ40mm漸擴(kuò)、漸縮及柱形進(jìn)料體旋流器，對(duì)其進(jìn)行三維建模，通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)(CFD)的方法，利用ICEM進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用雷諾應(yīng)力湍流模型(RSM)及多相流混合模型(Mixture)對(duì)三種旋流器進(jìn)行數(shù)值模擬，對(duì)比分析得到三種結(jié)構(gòu)旋流器的壓力場(chǎng)、速度場(chǎng)以及分離性能。
　　為了驗(yàn)證數(shù)值模擬的正確性，本文采用數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)室實(shí)測(cè)進(jìn)

3、行對(duì)比分析的方法。設(shè)計(jì)加工了Φ40mm漸擴(kuò)進(jìn)料體旋流器玻璃模型，并搭建用于PIV測(cè)試的試驗(yàn)平臺(tái)，利用高速攝像機(jī)對(duì)其內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了拍攝，得到了速度分布，測(cè)試結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果吻合良好。通過(guò)實(shí)測(cè)得到旋流器內(nèi)部空氣柱的形成過(guò)程、時(shí)間及穩(wěn)定形態(tài)，與模擬計(jì)算結(jié)果一致。
　　為進(jìn)一步探討進(jìn)料體錐度對(duì)旋流器流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的影響，分別對(duì)漸擴(kuò)和漸縮旋流器進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明，對(duì)于漸擴(kuò)進(jìn)料體旋流器，流體的靜壓力、切向速度以及外旋流中的軸向速度均隨著進(jìn)料

4、體錐度的增加而增大，其離心力場(chǎng)逐漸增強(qiáng)，進(jìn)料體錐度為10°時(shí)旋流器分離精度最高，效果最好;對(duì)于漸縮進(jìn)料體旋流器，隨著進(jìn)料體錐度的增加，其壓力以及切向速度均有所提升，其軸向速度僅在內(nèi)旋流靠近空氣柱附近提升較大，但進(jìn)料體錐度30°后，增大趨勢(shì)減緩。
　　在模擬計(jì)算過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，固相顆粒在進(jìn)料體內(nèi)分離趨勢(shì)明顯，因此適當(dāng)?shù)卦黾舆M(jìn)料體高度有利于增大分離空間。為進(jìn)一步探究進(jìn)料體高度對(duì)旋流器的分離特性的影響，對(duì)不同進(jìn)料體高度的旋流器進(jìn)行分離性能試