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漩流中间包是一种新型中间包,由于漩流室的引入,既可以实现湍流控制器的作用,还可以在基本不改变原有中间包结构的基础上,避免离心中间包所必需的外加电磁设备,具有改善中间包内流场、促进夹杂物聚集长大、上浮和去除等优点。
本文对漩流中间包进行了物理模拟和数值模拟,详细分析了漩流室内流场的特征,得到了中间包内的流动状态、浓度变化趋势和漩流室内流场的分布规律。通过对流场的数值模拟,分析了漩流室的加入对中间包内夹杂物去除的影响。模拟结果表明,由于漩流室的加入使湍动能耗散主要集中在漩流室内部,有利于夹杂物的聚合长大;由于入口位置的非对称布置,造成了漩流中间包内流场明显的非对称流动,本文通过数学物理模拟为进一步优化漩流中间包内漩流室的位置和参数提供理论依据。
本文利用计算流体动力学CFD商业软件FLUENT6.2.16对漩流中间包内流场进行了数值模拟研究。对双流中间包进行停留时间分布实验和利用染色法显示流场,在深入了解漩流室内流场的基础上,模拟研究了多种漩流室组合情况下的漩流中间包内流场、浓度场,并与物理模拟的结果进行了比较。通过本文的数学物理模拟研究,得到了如下结论:
(1)对于漩流室内部流场的模拟,网格质量要求并不严格、结构网格和非结构网格都可以得到令人满意的结果;经过计算比较可得:在非结构网格下,最佳的计算漩流室内流场的湍流模型是RNG-k-ε模型和RSM模型而且两者都能较好地模拟漩流室内流场;SIMPLEC算法和QUICK差分格式以及压力的PRESTO格式是比较好的计算漩流室内流场的设定策略。
(2)漩流室内切向速度起主导作用,其分布具有组合涡的特点,漩流室内的流场大致呈现兰金(Rankin)涡的特点分布,以最大速度点为界,内部是准强制涡,外部是准自由涡,轴向速度有回流,径向速度值较小,轴心区域处的速度梯度较大,由于非对称分布因而对漩流室的研究必须是三维的。
(3)漩流中间包由于漩流室的加入,使得湍动能的耗散主要集中在漩流室内部,利于夹杂物的碰撞、聚合、上浮去除。
(4)不加漩流室时,中间包结构对称,流场总体呈现对称分布;漩流室的加入引起入口位置的非对称分布使得漩流中间包内的流场呈非对称分布。
(5)中间包内示踪剂在不同时刻的浓度分布,物理模拟结果与数值模拟结果有相同的趋势,不同方案的漩流室组合可改善中间包内流场的非对称分布,对直径为200mm的漩流室而言,高度为90mm的漩流室对中间包内流场的非对称的影响最小,高度为220mm、260mm时非对称程度明显,就整体方案而言,高度为140mm入口方向旋转60度漩流室的加入所产生的非对称流动不明显。