水力旋流器内部流场的数值研究

在PIV实验验证的基础上,利用RSM雷诺应力模型和VOF两相流模型对50mm水力旋流器内部流场进行了系统的数值研究.结果表明:旋流器内静压从器壁至中心逐渐下降,静压为0处即为空气柱边界,空气柱内为负压,空气柱的存在增加了分级过程的能量消耗;旋流器内切向速度分布符合组合涡特征,内部为强制涡运动,外部为半自由涡运动;零速包络面是轴向速度方向发生改变的转折面,其上部为柱形,下部为锥形,柱形段直径约为溢流管的23倍;在外旋流区域径向速度方向从旋流器器壁指向中心,内旋流区域存在方向相反、位置相对的径向速度,空气柱内径向速度基本为0.     

转动式油水分离水力旋流器内部流场的数值计算

采用各向异性ｋ－ε湍流模型及ＳＩＭＰＬＥ算法对转动式油水分离水力刻流器内部单相流场进行了数值计算。计算结果表明：转动式水力旋流器外壳的旋转不仅可以提高流体的切向速度,还可降低流体的湍流粘度,理论预测的压力降与实测值吻合较好。     

水力旋流器数值模拟参数的基础研究

水力旋流器广泛应用于固液、固气、固固等分离领域,因水力旋流器具有结构小、效率高和操作方便等特点使之广泛应用于各个分离领域。为不断开发水力旋流器的分离能力,单纯的实验方法优化旋流器已满足不了工业需求。随着计算机的发展,数值模拟与实验结合利用是未来水力旋流器的发展方向。数值模拟的准确性很大程度上取决于模拟模型的选择,针对旋流器模拟参数中湍流模型、多相流模型和曳力模型进行模拟研究,模拟结果与前人实验对比验证,结果表明,雷诺应力模拟(RSM)、欧拉模型(Eulerian)和Schiller-naumann曳力模型组合更加适合水力旋流器模拟。模拟结果可为旋流器深度模拟研究提供指导,对于旋流器实际工业化应用提供理论参考。     

旋流器结构对内流场影响的数值研究

用有限差分法对旋流器内流场进行了数值模拟,采用各向异性的湍流模型能够正确模拟旋流湍流流场。通过对速度场、压力场的分析发现,径向压力梯度是由切向速度的作用生产的,而径向压力梯度正是驱使油滴向轴心方向运移的动力。提出了根据管中心的压力和轴向速度的变化决定旋流器长度的方法。旋流器小锥角的角度越大,分离段越长,越有利于提高分离效率。     

水力旋流器内部流场模拟分析与PIV验证

以直径为140mm水力旋流器作为研究对象,采用计算流体力学(CFD)技术对旋流器内部流场进行数值模拟,并对所建立的模型进行激光粒子图像测速(PIV)实验验证。基于数值模拟和实验结果,分析了旋流器内部压力、切向速度、轴向速度和径向速度的分布。利用PIV技术对旋流器内部流场进行测量,考察了不同入口速度下旋流器圆柱段区域瞬态速度场。通过对比数值计算与测试结果表明:CFD模拟可以有效预测水力旋流器内部流场分布,帮助探索旋流器内的流动状态和分离机理;利用PIV技术测量旋流器内部流动特性和速度分布,其测量结果与CFD计算结果吻合良好,验证了数值模型的准确性。     

旋流器结构对内流场影响的数值研究

用有限差分法对旋流器内流场进行了数值模拟,采用各向异性的湍流模型能够正确模拟旋流湍流流场。通过对速度场、压力场的分析发现,径向压力梯度是由切向速度的作用产生的,而径向压力梯度正是驱使油滴向轴心方向运移的动力。提出了根据管中心的压力和轴向速度的变化决定旋流器长度的方法。旋流器小锥角的角度越大,分离段越长,越有利于提高分离效率     

渐变截面型入料口夹角对旋流器流场及压降的影响

利用RSM雷诺应力模型和VOF多相流模型,通过数值试验方法考察了渐变截面型入料口夹角对Φ50 mm水力旋流器流场及压降的影响.结果表明,增大入料口夹角,切向速度增加,致使分离效率提高;与此同时,轴向速度和溢流管底端的最大径向速度也随之相应增加,导致沉砂分流比略有降低、短路流量增加,但对湍流结构影响不明显;空气柱直径同样随着夹角的增加而增大,从而有效分选空间减小.旋流器内部的压力损失主要包括主分离区域的损失和入料口区域的损失;增大入料口夹角,总压降增加,导流能力增强,当夹角为20°时,导流性能最优,但能量利用率降低.     

不同入口流速下新型水力旋流器内部流场分析

水力旋流器较多地应用在选矿、采矿、化工、石油、生物工程、食品、医药、纺织等多个部门,属于工业行业应用中的分离设备之一,近些年又较多应用在环保领域的工业污水分离处理作业中。本文以一种新型水力旋流分离结构为目标载体,主要分析入口流速度对其内部流场特性的影响。本文首先通过Meshing软件对新型水力旋流器流体域模型进行网格划分,再采用fluent软件在入口流速不同的情况下对旋流器内流场进行数值模拟,最后得到结论为:该水力旋流器油相出口的油相分布呈单峰分布,油相体积分数与入口流速呈正比关系,由于水力旋流器内存有轴向零速过渡区,因此随着入口流速的不断增加,轴向速度值也在不断地增高。但是轴向零速过渡区大小和位置基本不发生变化。     

切流式旋流器内两相流场的模拟

将雷诺应力模型与欧拉分析方法相结合,对切流式单、双入口旋流器内的单相和两相流场进行模拟.模拟结果表明:与双入口旋流器比较,单入口旋流器内流场存在明显偏心现象,并且速度分布和湍流参数均存在偏差,流场很不稳定;对于油水两相流场,双入口旋流器的油相和水相体积分数径向变化梯度更大,油相更倾向于向轴心移动形成油核;双入口旋流器的工作性能优于单入口旋流器;试验结果验证了模拟结果的正确性.     

可伸缩旋流器流场特性及分离性能研究

通过构建可伸缩旋流器计算流体动力学(CFD)数值模型,分析等效锥角和套筒层数对流场的影响,确定颗粒在流场中的分布情况以及分离效率的变化.结果表明:当固相体积分数为5%时,可伸缩旋流器对粗颗粒的分离效率达到95%,与常规旋流器持平,溢流提取的细颗粒数量高出常规旋流器5%以上;当固相体积分数增加至20%时,可伸缩旋流器中粗颗粒的分离效率比常规旋流器下降得更为明显,而细颗粒的分离效率则无显著变化.结果表明:改变等效锥角可以实现可伸缩旋流器分离性能的调节;在较低体积分数条件下,可伸缩旋流器具有更好的分离性能;在较高体积分数条件下,可伸缩旋流器须进一步优化.     

水力旋流器内空气柱的形成规律初探

探讨了不同排料方式下的水力旋流器空气柱形成的机理，定量分析了旋流器的结构参数对形成空气柱最小压降的影响。实验结果表明，传统大气排放式旋流器空气柱内的空气基本是从大气中吸入的。形成空气柱的最小压降，随着溢流口直径及锥角的增大而增大，随着进料口直径的增大而减小。而水封式旋流器空气柱的形成是由于旋流中心压力低于大气压后，溶解在液流中的气体析出而造成的。同样结构的旋流器，其形成空气柱的最小压降比在气排放式旋流器的要大。且随着溢流口直径的增大而增大，随着进料口直径及锥角的增大而减小。     

铁尾矿分级水力旋流器的数值仿真

本文应用计算流体力学软件FLUENT,采用雷诺应力模型(RSM)对选矿厂的铁尾矿进行分级的水力旋流器的运动规律进行了数值仿真,揭示了其压力,速度和体积分数的分布规律,为选矿厂如何使用水力旋流器提供了理论的参考价值。     

利用直流电场提高水力旋流器脱水效率

直流电型水力旋流器是在脱水型水力旋流器的基础上增设一直流电场,直流电场和旋流场的共同作用大幅度提高了原油脱水效率。与直流电脱水器和脱水型水力旋流器相比,直流电型水力旋流器具有体积小、重量轻、成本低、脱水效率高、脱水效果好、流量调节范围广等优点。直流电型水力旋流器作为新型油田原油脱水设备具有广阔的发展前景。     

用于预测水力裂缝缝高的新拟三维流场模型

针对原有拟三维流场模型在控层较差时预测缝高过大的问题，根据水力压裂裂缝延伸机理，基于原拟三维数值模型生成的初始裂缝几何形态，采用从假定虚源发出的呈放射状径向流动的近似二维流场，对原拟三维模型的一维流场进行了修正，建立了新的拟三维流场模型。实例计算表明，由于考虑了压裂液在缝高方向上的流动，在控层较差的情况下，新模型对缝高的预测精度可达到全三维的计算精度，这对水力压裂施工和设计有实用意义。     

烟气脱硫用水力旋流器的性能参数研究

介绍了水力旋流器的结构参数、操作参数和物性参数对水力旋流器分离性能产生的重要影响,并对其参数进行研究,为水力旋流器的进一步优化作铺垫。与此同时对其迄今的研究成果进行了简要评述,并对其发展进行了展望。     

内燃机实现稀薄燃烧技术的缸内流场分布规律研究

采用数值仿真和试验研究相结合的方法,对缸内混合气体的流场分布规律进行数值模拟,对运算结果进行了分析,发现气体的压力场、温度场、速度场等流场的分布随点火提前角、空燃比、温度和压力的变化而发生改变的规律,为点火系统的能量计算提供实验依据,使稀薄燃烧最终得以实现.     

水力旋流器内油水分离过程的三维数值模拟

由于计算模型的局限性,目前对水力旋流器内两相湍流的模拟计算仅限于来流分散相浓度低于10%(体积分数,下同)的情况.文中利用Fluent软件,将多相流欧拉分析方法与各向异性的雷诺应力湍流模型相结合,实现了水力旋流器内油水分离过程的三维数值模拟并预测了分离效率.该模拟可用于来流分散相浓度超过10%、湍流具有各向异性的一般广义情形,展示了油水两相由开始的均相来流逐渐在旋流器内分离、聚合、迁移的过程.实测结果验证了文中对旋流器分离性能预测的正确性.     

底流口直径和锥角对旋流器流场的影响

利用计算流体力学的原理与方法,在底流口直径和锥角的多个水平下对旋流器内部流场进行了数值模拟,以揭示两因素对旋流器流场的影响.结果表明:增大底流口直径,流场内的流速降低,轴向零速包络面向上收缩;增大锥角后,轴向零速包络面的大小相应改变;锥角越小,底流口直径对轴向零速包络面内速度场的影响越小,故对改善分选效果的作用也越不明显;增大底流口直径,旋流器内流场的压强降低,但底流口区域内的压强梯度增大,而锥角不同,其变化程度有所不同,这从某些程度上体现了两因素对旋流器流场的交互影响.     

旋流器内空气柱形成及其影响因素的数值模拟

利用CFD方法,基于RSM雷诺应力模型和VOF多相流模型对旋流器内空气柱进行数值模拟,结果显示在t≈07s,空气柱基本成型,且最终结果与PIV测试结果一致.旋流器内空气柱的空气是从沉砂口吸入并从溢流口排出.在沉砂管上端,空气柱发生大幅度的径向偏摆;空气柱进入溢流管后,产生“喉结”状突起.空气柱确实消耗了一部分不必要的能量,但并不对流场造成明显的额外扰动.给矿速度的变化对空气柱的直径几乎没有影响,而旋流器结构参数的变化,如沉砂口直径、溢流口直径、锥角等,对空气柱直径影响较大.