水力旋流器分离过程非线性随机特性研究

随着现代工业的飞速发展,分离工程已越来越多的应用在石油、化工、医药、生物、环境治理等领域,作为中高技术分离设备的旋流器已广泛应用在油水分离、液固分离、分级、分选等领域。虽然它的结构不复杂,但它的内部流场却非常复杂,一般认为存在内旋流、外旋流、短路流和循环流。在长期的应用实践中,它得到了国内外专家学者的重视,并提出了平衡轨道理论、停留时间理论、阻塞理论、两相湍流理论四个理论分离模型和达尔斯特罗姆、普里特等经验模型,但是由于受到三维流场作用以及流体压力、流量、浓度等因素的影响,导致目前尚无统一完整的定量描述方法,针对这些问题,本文对颗粒的受力特性及跟随性、流场和粒子运动的数值模拟、空气核特性及粒子运动轨迹实验测定、随机分离理论等方面进行了研究,探明了旋流器内粒子随机运动特征,建立了随机分离的理论模型,这为旋流器的推广应用提供了依据。通过对固体颗粒的受力分析,提出在确定性基础上加上随机影响因素来描 述颗粒精准运动,即。此外对粒子在径向、轴向、切向的跟随性进行了分析,结果表明在旋流器径向、轴向、切向方向上都存在着跟随性差异,且跟随性差异与颗粒的粒径、密度、流体性质和湍动强度有关;最后对旋流器内颗粒粒度和浓度分布进行了分析,并认为在旋流器内除底流口外在柱锥交界区域存在高浓度区。 在流场的数值模拟计算中,采用雷诺应力模型(RSM)进行了模拟计算。模拟结果显示,旋流器流场除在进出口区域存在不对称外,在柱段和锥段的分离主体部分也存在不对称性。流场的不稳定性主要受到旋流器的进口结构布置、进口速度、旋流器锥角等因素的影响;进口对称布置、小流速、中心加固棒等情况下流场对称性好,对单进口、大流量条件流场对称性比较差。其次,模拟