一种新型超重力场旋流器流场模拟优化研究

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本文根据课题要求,结合了水力旋流器和离心机等分离设备的特点,设计出了一种新的用于分级或回收超细粒的超重力场旋流器。并利用力理论流体力学,计算流体力学,流体力学试验等工具开展了对超重力场旋流器内部了流场的压力、速度、湍流强度、分级效果等方面的研究。本文根据理论流体力学,建立了超重力场旋流器内连续性方程、欧拉平衡微分方程,伯努利方程、回转坐标系中的纳维-斯托克微分方程。为超重力场旋流器的理论研究打下基础。本文建立了以欧拉一欧拉方法为基础,应用RNG k-ε湍流模型,动参考系模型(MRF)和VOF多相流流模拟。建立了超重力场旋流器内部三维单相,二维两相流场的数学模型,采用控制体积法及SIMPLE算法,根据实际情况确定合理的边界条件,利用FLUENT软件对进行数值三维单相,二维多相的数值模拟,分析了初期超重力场旋流器内不同转速下的压力分布,切向速度,径向速度、轴向速度的分布,空气相分布,湍流强度的分布的特性与规律等。得出超重力场旋流器内部压强分布较为均匀,内部的压强分布相近,这说明轴向上几乎不存在压降,有利于细粒级物料的分级。证明了切向速度的变化符合类自由涡与强制涡的组合涡形式。表明了超重力场旋流器可调性好,只调整电机的转速就可以产生不同大小的离心力场,从而调节切向速度,改变分级粒度。总结出初期模型的设计形成的轴向速度和径向速度并不是很理想,会对颗粒按离心力场分级造成影响,且进料方式,对整体的流场的湍流强度影响较大。发现了进料管是从底流口方向进入超重力场旋流器内部,在一定程度上抑制住了空气柱的产生,消除空气柱后可提高分级效率本文以最初设计的样机为基础,建立的超重力场旋流器的试验系统,和试验平台。根据实际情况,研究了转速在300r/min,500r/min,700r/min,900r/min时超重力场旋流器的分离效果。试验结果与模拟分析结果具有高度的一致性,证明了所建立的数值模拟模型的正确性,确定了可FLUENT流体数值模拟工具来进行超重力场旋流器的结构优化。本文根据模拟分析结果和试验结果,针对初期模型的不足之处,对超重力场旋流器进行结构优化,设计出新型的超重力场旋流器。利用FLUENT再次进行数值模拟分析。新设计的结构,在具有原设计优点的同时,提高了流场的稳定性,形成的流场分布规律,有利于细粒颗粒按粒度或密度进行分级。证明了新型的结构对应的轴向速度不存在“零速包络面”。
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