【摘要】：水力旋流器是利用離心力場(chǎng)實(shí)現(xiàn)分離的高效分離設(shè)備,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、分離效率高、生產(chǎn)能力大等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于選礦、化工、生物等眾多工業(yè)領(lǐng)域。近年來(lái)充氣旋流分離技術(shù)逐漸發(fā)展起來(lái),但是這項(xiàng)技術(shù)多用于液液分離或者顆粒浮選方面。本文根據(jù)充氣對(duì)旋流器內(nèi)部流場(chǎng)的影響,提出了充氣強(qiáng)化固液分離的方法。結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究、CFD數(shù)值仿真和理論分析,系統(tǒng)研究了充氣強(qiáng)化固液旋流分離特性及其疲勞性能,得到以下主要結(jié)論:(1)采用RSM湍流模型計(jì)算湍流流場(chǎng),選擇自由表面VOF多相流模型計(jì)算空氣柱氣液界面,數(shù)值模擬計(jì)算充氣旋流器內(nèi)部流場(chǎng)結(jié)構(gòu)。研究表明,當(dāng)充氣口位于旋流器圓筒-圓錐過(guò)渡段,充氣有利于消除旋流場(chǎng)循環(huán)流,達(dá)到改善旋流流場(chǎng)結(jié)構(gòu)和強(qiáng)化分離的目的。利用PIV測(cè)試技術(shù)測(cè)量旋流器內(nèi)流場(chǎng)并與CFD仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了模擬計(jì)算的正確性和準(zhǔn)確性。(2)設(shè)計(jì)并搭建了充氣固-液旋流分離性能試驗(yàn)平臺(tái),研究了進(jìn)料口速度_iv、充氣口部位(A、B、C、D)、充氣氣壓P_(air)等參數(shù)對(duì)充氣旋流分離特性的影響規(guī)律。研究表明,分離效率E隨進(jìn)料口流速_iv增加而增大,其增長(zhǎng)速率可按分_iv大小分為I、II、III三區(qū)域,其中II區(qū)即1.5￡v_i￡5.2m/s分離效率增速較大,其它兩個(gè)區(qū)域內(nèi)分離效率增速較小;壓降(35)P_(io)隨著A、B、C、D充氣口依次逐漸降低,旋流器能耗依次減少;充氣口選擇對(duì)旋流器分離效率有顯著影響,其中A、D口充氣時(shí)降低分離效率,而B、C口充氣時(shí)提高分離效率,且C口充氣強(qiáng)化分離效果最優(yōu);充氣壓力Pair值對(duì)壓降(35)P_(io)影響很小,但分離效率E隨充氣壓力Pair增加呈正態(tài)分布關(guān)系,當(dāng)P_(air)=0.3~0.5MPa時(shí)分離效率E達(dá)到峰值。因此,充氣強(qiáng)化固液旋流分離的推薦工況為:C點(diǎn)充氣、v_i(28)5.2m/s和P_(air)=0.4MPa。在此工況下充氣旋流分離技術(shù)可將中型砂粒(10(27)d_s￡80um)分離效率E_d提高14%,分割粒徑d_(50)亦由52μm降低為41μm,具有明顯的強(qiáng)化分離效果。(3)為研究空氣柱的形態(tài)規(guī)律,利用高速攝像機(jī)系統(tǒng)觀測(cè)了空氣柱生成至穩(wěn)定的全過(guò)程。結(jié)果表明,充入帶壓氣體后空氣柱從上至下迅速增大并隨后穩(wěn)定,穩(wěn)定時(shí)間t隨充氣氣壓的增大而減少;空氣柱直徑d_(air)隨著帶壓氣體充入迅速增大,當(dāng)P_(air)(28)4.0MPa時(shí)d_(ai) _r達(dá)到最大值,但P_(ai) _r進(jìn)一步增加時(shí)空氣柱直徑d_(air)基本保持不變;不同充氣口部位(A、B、C、D)不影響空氣柱直徑d_(air);小氣液比(2%)工況下充氣旋流空氣柱直徑d_(air)經(jīng)驗(yàn)公式為:d_(air)(28)d_c1[(10)(0.66-0.57P_(air)(10)0.73P~2_(air))(d_cd_o)~2]~(-0.625)(4)研究發(fā)現(xiàn)充氣條件下空氣柱非定常運(yùn)動(dòng),且空氣柱波動(dòng)率n_(air)最大可達(dá)到18%,旋流器關(guān)鍵部件存在疲勞失效的風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)合充氣旋流器的工況特點(diǎn),采用實(shí)驗(yàn)測(cè)試和理論預(yù)測(cè)的方法研究了旋流器連接螺栓和墊片在循環(huán)載荷下的棘輪變形與疲勞失效行為,并考慮了應(yīng)力幅值、應(yīng)力速率和加載順序的影響。構(gòu)建了35CrMo螺栓材料在應(yīng)力幅和應(yīng)力率影響下統(tǒng)一棘輪本構(gòu)模型,提高了材料累積變形的預(yù)測(cè)精度。
【圖文】：

第 1 章 緒 論第 1 章 緒 論和概況用離心力實(shí)現(xiàn)多相分離的化合、液液混合）以一定速度離器結(jié)構(gòu)限制，流體由直線流用各相密度差達(dá)到有效分離流由底流口排出了；輕質(zhì)相、外旋流的流動(dòng)狀態(tài)如圖 1的離心加速度遠(yuǎn)大于重力加速置，，水力旋流器的分離效率

論文的邏輯結(jié)構(gòu)和技術(shù)路線
【學(xué)位授予單位】：武漢工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ051.8

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本文編號(hào)：2606196