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為用作對照的標準結(jié)構(gòu)水力旋流器。使用Fluent流體力學軟件,對這三種不同結(jié)構(gòu)水力旋流器的內(nèi)部流場變化進行了模擬,用以解釋結(jié)構(gòu)改進后性能提升原因。關(guān)于流場分布,本文以切向速度、軸向速度、徑向速度、壓力分布等為對象,著重分析了它們的影響。針對不同速度分布與標準結(jié)構(gòu)旋流器相對比,得出了結(jié)論,徑向速度同分離效率有著更緊密的聯(lián)系。溢流管改進可使徑向速度值增大,強制渦區(qū)域增加;錐部結(jié)構(gòu)改進可以有效降低旋流器內(nèi)部壓力的大小。同時,本文提出了基于優(yōu)化結(jié)果的水力旋流器結(jié)構(gòu)的分離機制。作為水力旋流器獨具的流動現(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),并針對結(jié)構(gòu)參數(shù)、操作參數(shù)的變化對空氣柱的影響進行了分析。另外,本文還提出了一種新的流動現(xiàn)象,當物料進入旋流器內(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,該區(qū)域可被命名為煙霧區(qū)域。煙霧區(qū)域的存在對分離效率和能量傳遞均會產(chǎn)生負面影響,未來應注重考慮如何抑制旋流器內(nèi)部煙霧區(qū)域的形成。
【學位單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：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：當流體沿切向入口進入圓柱段后，隨旋轉(zhuǎn)運動，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，進而產(chǎn)生渦流運動，在旋流器中心區(qū)域產(chǎn)生低上作旋轉(zhuǎn)運動，該部分流動被稱作內(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，向心浮力和流動所是顆粒徑向沉降的驅(qū)動力，對于分離起到促進的作用；向

第 1 章 緒論條件下的流動狀況，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制。數(shù)值模擬成為研究、數(shù)學方法、實驗研究之后的又一種研究方法。本文將在第 3 章對力學進行詳細介紹。本文研究重點、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，顯到的細胞。雪花同樣也是六邊形，研究表明這樣分子排列會更加有效。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為六邊形，是否將會對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]但是旋風分離器與水力旋流器還是有著很大的不同。旋風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�；蚱渌合唷Ｔ谶M料速度上，氣體進料和液體進料存在著數(shù)量級上的差別，這會影響到固相顆粒獲得的離心力的大�。涣硗�，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，黏度對于顆粒分離的阻力作用也是不同的，因此，六邊形的使用對于水力旋流器是否也有同樣的正面作用需要進行驗證。此外，對于普通水力旋流器來說，應用場合多為冶金選礦，污水處理，石油化工等領域，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驗設備，溢流管排出的物料仍然是含有固體顆粒的，需要進行后續(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、濃度更低的流體進行有效分離，以減少后續(xù)分離設備的負荷。本研究主要針對固-液水力旋流器，通過改進局部結(jié)構(gòu)，進而改善水力旋流
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本文編號：2873011