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     

破胶程度对压裂返排液水力旋流器内流场及分离效果的研究

针对破胶程度对水力旋流器复杂内流场的影响,分离效率不能达到预期效果的问题。基于雷诺应力模型(RSM)和Mixture模型,将守恒方程分别应用于石英砂与水,应用计算流体力学(CFD)技术对水力旋流器内流场中的空气柱、速度场、压力场进行数值模拟,并对其分离效率进行实验研究。结果表明,随着破胶程度的降低,压强值降低22 354Pa;切向速度平均值减小0.84m/s;轴向速度值增大并且零速包络面向壁面移动。外特性上表现为分离总效率由粘度为1mPa·s时的72.19%减小到粘度为6mPa·s的32.59%。分离效率与能量的损耗随着破胶程度的减小而减小,并得出不同破胶程度下内流场及外特性的关系,可为返排液分离提供技术指导。     

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。     

过滤式水力旋流器方案设计

利用现有旋流器流场分析理论研究成果,针对常规水力旋流器存在的短路流等问题,提出在常规水力旋流器的基础上增设轴向零速包络面过滤网的结构改进思路,将常规的水力旋流器改进成为以旋流为主过滤分离为辅的新型分离设备,并对其合理性和可行性进行了理论上的分析论证,同时讨论了滤网对流场的影响以及相关的问题。     

基于相关性分析和响应面法的复合旋流器结构参数优化

为了提高旋流器优化参数的准确性,得到其在结构优化中的最优解,以一种新型复合旋流器为研究对象,基于相关性的单因素分析寻优法,以相关性分析的结果来指导优化范围的选取,提高其结构参数优化范围的准确性。结合响应面优化方法,以分离效率为优化目标,确定旋流器的最优结构参数,建立了分离效率和结构参数之间的回归模型。结果表明:不同的结构参数和各性能指标之间的显著关系并不相同,根据相关性分析的结果确定各结构的优化范围为:上锥角为0°~4°,下锥角为8°~12°,底流口直径为12~16 mm;响应面优化得到旋流器最优结构为:上锥角为2.565°,下锥角为11.719°,底流口直径为12.889 mm,在本组参数下旋流器固体分离效率达到了99.945%,气体分离效率达到了93.807%。为旋流器的结构优化提供了一种新方法。     

基于Matlab的轴流风机风筒导流锥角的研究

本文选取轴流风机流场的压强和速度与风筒导流锥角间的对应数据,采用了牛顿插值法,通过Matlab软件绘制相应的曲线,从而分析出轴流风机流场的压强和速度随风筒导流锥角的变化规律,为喷雾机风筒锥角的设计提供了一定的参考.压强曲线结果表明:风筒导流锥角在0~30°的范围内,锥角越大,风机整体压强变化越小,风机性能越可靠;速度曲线结果表明:风筒导流锥角在0~30°的范围内,锥角在7°时,风机整体速度变化越小,风机性能越稳定.     

非牛顿流体在分离旋流器内流场特性研究

本文运用计算流体动力学（CFD）方法对旋流器内非牛顿流体与牛顿流体的流场分别进行数值模拟。分析采用RSM(SSG)雷诺应力模型,得到非牛顿流体与牛顿流体的速度场、压力场以及表观粘度分布规律。研究结果揭示了非牛顿流体在分离旋流器内的流场特性：由于受非牛顿流体表观粘度随剪切速率变化的影响,在同一位置处非牛顿流体的静压力、轴向速度以及径向速度都大于牛顿流体,而切向速度小于牛顿流体;同时旋流器内非牛顿流体的零轴速包络面（LZVV）比牛顿流体的更加靠近器壁,这导致旋流器中非牛顿流体在同等条件下比牛顿流体的分离效率低;以上这些特性为进一步充分认识用于分离非牛顿流体的旋流器分离机理提供依据。     

基于CFD的水力旋流器并联公共液斗结构研究

为解决并联水力旋流器分离效率下降的问题,设计了水力旋流器并联新式公共液斗.对于液斗底流口直径的大小,设计了8,12,16 mm三种不同结构,应用CFD技术分析比较了三种不同结构的流场稳定性.在流量相同的情况下,速度分布的对称性随着底流口增大而变差;而分析相同流量下不同结构的湍流强度,在不同入口流速下,12 mm结构的湍流强度平均值要小于16 mm与8 mm.     

轴入导锥式旋流器内油滴聚并破碎特性

轴向进液水力旋流器因内部设有增压流道,可在低压入口条件下实现油水高效分离。采用CFD-PBM耦合方法对轴入导锥式旋流器内油滴聚并破碎行为及分离特性进行数值模拟分析,得出操作参数对油滴聚并破碎的影响规律,同时进行室内实验,对模拟结果的准确性进行验证。结果表明:研究范围内湍动能越大位置的油滴粒径越小,随着入口进液量增大,旋流器溢流及底流出口区域的湍动能增强,油滴粒径逐渐减小;对于该结构旋流器而言,一定范围内持续增加入口进液量,可提高旋流器内的切向速度进而提升分离性能,但同时也增大了油滴破碎机率,致使分离效率降低;研究范围内,进液量为3.62 m~3/h时分离效率达到最大值;增大溢流分流比,虽然可以降低底流含油体积分数,但同时也增大了溢流区域油滴间的破碎,致使分离效率降低,分流比为20%时分离效率达到最大值。     

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。     

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。     

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.     

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.     

水力旋流器流场径向速度分布规律研究

水力旋流器内部流体径向速度对其内部颗粒的径向运移有着重要的影响,它是固体颗粒径向运移受到阻力的重要原因,直接影响水力旋流器的最小分离粒度。针对水力旋流器内部流体径向速度分布规律基本上是沿旋流器半径成反比的观点,通过合理选择湍流模型,对水力流器内部流场进行数值模拟,得出旋流器径向速度的分布规律基本上是速度值沿着半径向里先逐渐增加,然后又逐渐降低,在气液界面处基本为零,并对这两种结论从理论上做了对比分析,认为标准k-ε湍流模型和Boussinesq假设均不适合水力旋流器流场。     

不同头型回转体低速倾斜入水过程流场特性数值模拟

基于有限体积法和VOF多相流模型求解气、水两相流动的RANS方程,结合动网格技术,对回转体低速倾斜入水过程进行数值模拟研究.通过将数值计算结果与试验数据进行比较,验证了数值计算方法的有效性.基于该方法对不同头型回转体低速倾斜入水过程进行分析,得到不同头型条件下回转体入水空泡形态发展规律、回转体运动特性及流体动力特性变化规律.研究结果表明:同一入水深度,入水空泡直径和流场中最小压力值随着回转体头部锥角的增加而增大;不同头型回转体,锥头母线同一位置处压力随着头部锥角的增加而增大;回转体阻力系数与其头部锥角大小直接相关,锥角较大时,阻力系数也较大,速度衰减也较快.      

下倾管段塞流特征参数试验研究

为揭示下倾管段塞流的流动规律，在内径50 mm、长27.43 m的不锈钢多相流试验环道上对下倾管段塞流的特征参数进行了试验研究。采用差压波动信号相关分析技术，分析了气液相折算速度、混合速度以及管线倾角变化对液塞速度、平均液塞长度、最大液塞长度以及液塞频率的影响。结果表明，随混合速度的增加，液塞速度不是线性增加，而且对管线倾角的变化不敏感;平均液塞长度随着混合速度增大呈先减后增的变化趋势，但随着倾角的变化没有明确的规律，而当Froude数大于16时，管线倾角对最大液塞长度的影响减小;液塞频率随气、液相折算速度增加而单调增加，且倾角越大，液塞频率越小。     

电场强化旋流分离装置的内部流场分析

提出一种运用高压电场强化提高旋流分离效率的装置,实现工业废油资源化工艺环节中的高效破乳脱水处理;强化装置内部的流场分布情况直接影响了装置的分离效率,但比较复杂,目前尚不明确;通过建立电场强化旋流分离装置模型,联合电场控制方程和乳化油液滴粒径控制方程,分别对5种不同强化电压条件下的装置内部流场进行了数值模拟;计算结果表明,当强化电压为11 kV时,装置内部混合流体切向速度的最大增幅为15%,轴向速度最大降幅为20%,底流管段的压力梯度得到明显增大,有效提高了装置分离效率,试验结果表明:建立的装置数值模型,能够合理揭示电场强化旋流离心分离装置内部复杂流场的分布规律。     

前掠角对车用轴流式冷却风扇性能的影响

建立了某车用冷却风扇不同前掠角参数化模型,并基于计算流体力学的方法对其流动进行了仿真,研究了不同风扇转速下,前掠角对冷却风扇流动、风量以及阻力矩的影响.在压力分布方面,研究结果表明:随着冷却风扇前掠角的增加,相同的转速下,风扇叶栅入口处,空气的平均压力不断升高,叶栅流道内,相邻叶片间升力面和吸力面间的压力梯度逐渐减小,同一叶片升力面同吸力面间的压差逐渐降低.在速度分布方面,随着前掠角的增加,相同的转速下,风扇叶栅入口处,空气的流速逐渐减小,叶栅流道内,空气速度的增加逐渐减小.在风扇性能方面,随着前掠角的增加,相同的转速下,风扇风量逐渐减小,风扇阻力矩逐渐降低.