论文部分内容阅读
传统旋流器由于短路流的存在，部分颗粒未经分离直接进入溢流管，造成溢流跑粗，影响了旋流器的分离精度。本文提出采用钟形溢流管，其上部分圆筒形结构，下部分为钟形弧段结构，并在旋流器内部加设固棒的方法，降低短路流量、消除空气柱，从而达到提高旋流器分离性能的目的。 利用ANSYS中ICEM软件对?50mm旋流器进行网格划分，使用FLUENT软件，选用RSM湍流模型、Mixture多相流模型和SIMPLE算法对钟形溢流管旋流器和普通旋流器进行了液固两相流场模拟。模拟结果表明：与溢流管直径为15mm的圆筒形溢流管旋流器（简称CΦ15）相比，溢流管钟形弧段底部直径为18mm、20mm和22mm的钟形溢流管旋流器（分别简称为BΦ15-Φ18、BΦ15-Φ20和BΦ15-Φ22）内切线速度、压力增大，轴向速度绝对值减小，增大了离心力和颗粒在其内部的停留时间；BΦ15-Φ18、BΦ15-Φ20旋流器的分离粒度降低了17.1%和9.3%，BΦ15-Φ22旋流器的分离粒度增大了5.08%，说明溢流管底部直径在一定范围增大时可以抑制短路流，但是直径过大时，会使得一部分外旋流未经分离跟随内旋流进入溢流管，内部流场产生波动，反而影响了分离性能；通过对钟形溢流管带固棒旋流器进行清水流场模拟，旋流器内部被固棒占据的部分没有出现负压区，说明固棒占据强制涡能够消除空气柱。 为了验证数值模拟的正确性，本文使用PIV测速技术对钟形溢流管和钟形带固棒旋流器进行了全场瞬时速度测量，PIV测得的水平方向分速度和轴向分速度与数值模拟结果吻合性良好，验证了数值模拟的准确性。并通过CCD高速相机拍摄获得了不同流量下钟形溢流管旋流器空气柱形成过程和时间，以及带固棒旋流器的空气柱消失过程和时间。带固棒旋流器VOF多相流模拟的从充水到流场稳定的时间为t=1.63s，PIV实验中t=1.748s，模拟结果显示被固棒占据的部分空气柱完全消失。 本文设计加工了?50mm钟形溢流管与圆筒形溢流管旋流器，进行了实验室对比试验，试验结果表明：钟形溢流管底部直径在一定范围时能够减少溢流产物中粗颗粒的含量，降低分离粒度；与CΦ15旋流器相比，BΦ15-Φ18旋流器的短路流减少了43.71%，-30μm粒级综合分级效率提高了10.05%，溢流中+30μm粒级含量降低了5.21%， BΦ15-Φ20的分离粒度减小了8.8%。并通过单因素试验和正交试验，获得了操作、结构参数等对钟形溢流管旋流器分离性能的影响规律和影响程度。