本文結(jié)合課題組現(xiàn)有研究成果,提出了兩種結(jié)構(gòu)優(yōu)化型的水力旋流器。類型-1將旋流器溢流管橫截面的外邊緣由圓形改進(jìn)為六邊形,相比于傳統(tǒng)水力旋流器,該類型分離效率可以提升18.1%。類型-3將旋流器錐部區(qū)域橫截面的內(nèi)邊緣改進(jìn)為六邊形,通過測試最多可節(jié)約49.7%的能耗。類型-2為用作對(duì)照的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)水力旋流器。使用Fluent流體力學(xué)軟件,對(duì)這三種不同結(jié)構(gòu)水力旋流器的內(nèi)部流場變化進(jìn)行了模擬,用以解釋結(jié)構(gòu)改進(jìn)后性能提升原因。關(guān)于流場分布,本文以切向速度、軸向速度、徑向速度、壓力分布等為對(duì)象,著重分析了它們的影響。針對(duì)不同速度分布與標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)旋流器相對(duì)比,得出了結(jié)論,徑向速度同分離效率有著更緊密的聯(lián)系。溢流管改進(jìn)可使徑向速度值增大,強(qiáng)制渦區(qū)域增加;錐部結(jié)構(gòu)改進(jìn)可以有效降低旋流器內(nèi)部壓力的大小。同時(shí),本文提出了基于優(yōu)化結(jié)果的水力旋流器結(jié)構(gòu)的分離機(jī)制。作為水力旋流器獨(dú)具的流動(dòng)現(xiàn)象,本研究采用高速攝像技術(shù)拍攝到了旋流器內(nèi)部的空氣柱形態(tài),并針對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)、操作參數(shù)的變化對(duì)空氣柱的影響進(jìn)行了分析。另外,本文還提出了一種新的流動(dòng)現(xiàn)象,當(dāng)物料進(jìn)入旋流器內(nèi)部,并在溢流管周圍出現(xiàn)大量肉眼不可區(qū)分的小氣泡時(shí),該區(qū)域可被命名為煙霧區(qū)域。煙霧區(qū)域的存在對(duì)分離效率和能量傳遞均會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響,未來應(yīng)注重考慮如何抑制旋流器內(nèi)部煙霧區(qū)域的形成。
【學(xué)位單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ051.8
【部分圖文】：

圖 1-1 水力旋流器結(jié)構(gòu)示意圖及內(nèi)部流場分布igure 1-1 Structure diagram of hydrocyclone and the internal fldistribution流器的工作原理為：當(dāng)流體沿切向入口進(jìn)入圓柱段后，隨旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此圓柱段也被稱為旋轉(zhuǎn)腔[10]。水力旋流器內(nèi)，旋流是由內(nèi)部流體在一定速度和空間中旋流引起的[11]。力旋流器，在后續(xù)進(jìn)料速度作用下產(chǎn)生靜壓力并在水力旋呈現(xiàn)向下的螺旋狀的路徑，在旋轉(zhuǎn)過程中完成流體的空間為外旋流。當(dāng)物料旋轉(zhuǎn)到圓錐區(qū)域后，水力旋流器內(nèi)徑向下速度增加，進(jìn)而產(chǎn)生渦流運(yùn)動(dòng)，在旋流器中心區(qū)域產(chǎn)生低上作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，該部分流動(dòng)被稱作內(nèi)旋流。流體最終通過出口和底流出口完成物料分離[12]。離效果影響較大的力主要包括離心力，向心浮力和流動(dòng)所是顆粒徑向沉降的驅(qū)動(dòng)力，對(duì)于分離起到促進(jìn)的作用；向

第 1 章 緒論條件下的流動(dòng)狀況，以克服上述三種研究方法具有的缺陷。通過 CFD的流場結(jié)果，有助于理解水力旋流器中顆粒的分離機(jī)制。數(shù)值模擬成為研究、數(shù)學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)研究之后的又一種研究方法。本文將在第 3 章對(duì)力學(xué)進(jìn)行詳細(xì)介紹。本文研究重點(diǎn)、意義通過觀察可以發(fā)現(xiàn)，自然界中存在很多六邊形，比如蜂巢，烏龜殼，顯到的細(xì)胞。雪花同樣也是六邊形，研究表明這樣分子排列會(huì)更加有效。優(yōu)異性能，帶給了研究者們一些靈感來看一下如果一些水力旋流器中的被改進(jìn)為六邊形，是否將會(huì)對(duì)于水力旋流器的性能提升帶來怎樣的影

圖 1-3 六邊形旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)示意圖[50]Figure 1-3 Schematic diagram of the hexagon cyclone separator[50]但是旋風(fēng)分離器與水力旋流器還是有著很大的不同。旋風(fēng)分離器是用于分離氣體中的固體顆粒，水力旋流器則是分離液體中的固相顆粒或其他液相。在進(jìn)料速度上，氣體進(jìn)料和液體進(jìn)料存在著數(shù)量級(jí)上的差別，這會(huì)影響到固相顆粒獲得的離心力的大小；另外，氣體和液體的黏度不同隨著溫度變化將呈現(xiàn)相反的趨勢，黏度對(duì)于顆粒分離的阻力作用也是不同的，因此，六邊形的使用對(duì)于水力旋流器是否也有同樣的正面作用需要進(jìn)行驗(yàn)證。此外，對(duì)于普通水力旋流器來說，應(yīng)用場合多為冶金選礦，污水處理，石油化工等領(lǐng)域，分離顆粒粒徑普遍比較大。但是水力旋流器是一種不能完全分離的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，溢流管排出的物料仍然是含有固體顆粒的，需要進(jìn)行后續(xù)處理，且粒徑更小濃度更低。本研究希望提出新型結(jié)構(gòu)水力旋流器，能夠?qū)@部分顆粒粒徑更小、濃度更低的流體進(jìn)行有效分離，以減少后續(xù)分離設(shè)備的負(fù)荷。本研究主要針對(duì)固-液水力旋流器，通過改進(jìn)局部結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改善水力旋流
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