高速卧螺离心机固液分离特性及其影响因素分析.pdf

摘 要 高速卧螺离心机的转速从几千到几万转不等，因此螺旋推料器会对流体产生较大的 扰动作用使流动具有强旋流性，造成转鼓内部流体流动复杂。试验中测得的数据非常有限 同时不能实现数据的动态实时传输，对于卧螺离心机的仿真模型也都是基于稳态进行计 算。本文基于瞬态计算方法建立了卧螺离心机内部流场的仿真模型，同时，利用已有的实 验结果验证了仿真模型的可靠性，主要研究了转速差和螺旋叶片的螺距两个因素分别对 卧螺离心机分离效率的影响。 本文经过合理的简化和假设，通过 SolidWorks 和 icem 完成了卧螺离心机流体域三维 模型的建立和网格的划分。在 fluent 计算中选取了 Eulerian 多相流模型，RNG K-ε 湍流模 型和 MRF 模型相结合对卧螺离心机内部流场进行了瞬态计算。通过对仿真和实验结果归 一化处理进行验证了仿真模型的可靠性。 研究转速差对分离效率的影响时，以试验和仿真相对比的方法来进行研究。试验结果 和仿真结果均表明：1.虽然在离心场中粒子所受离心力远大于重力，但重力的影响不可忽 略 2.固相沉积厚度值随时间呈周期性变化；3.沿转鼓轴向固相沉积厚度值出现了逐渐增大 并伴有局部降低的现象；4.转鼓锥段的沉积厚度值均远大于转鼓柱段。固相沉积厚度越大 经过实验与仿真结果的对比得出本文工况下最优转速差为 10r/min 。同时得出了转速差关 于输送量的函数关系，从中可以得到随着转速差的增大输送量先增大后减小而后逐渐趋 于一定值。分析仿真结果时提出输送量的概念来反映分离效率，转速差越大固相沉积厚越 小，输送量越小，分离效率越低，但转速差越大输送速度越大，分离效率越大，最优转速 差就是能够兼顾沉积厚度和输送速度这两个矛盾因素的平衡点。 在研究螺旋推料器的螺距对分离效率的影响时发现：1.转鼓柱段的回流速度大于转鼓 锥段的回流速度；2.转鼓柱段的颗粒推移速度大于转鼓锥段的输送速度；螺距越大输送能 力越强，回流速度越大，颗粒推移速度也越大；3.螺距过大会造成输送沉渣阻力变大，同 时回流程度变大；螺距过小会形成稳定的旋流状态，但输渣速度慢，因此会造成固相较大 程度分散在转鼓柱段，所以研究螺距对分离效率的影响也是寻找这两个因素的平衡点。 关键词:卧螺离心机；分离效率；输送量；转速差；螺距 I 目 录 目 录 摘 要 I Abstract III 第一章绪论 1 1.1 研究背景 1 1.2 国内外研究现状 2 1.2.1 卧螺离心机流体动力学的研究现状 3 1.2.2 卧螺离心机结构参数对卧螺离心机的影响 4 1.3 研究内容 4 1.4 研究意义与技术路线 5 1.4.1 研究意义 5 1.4.2 技术路线 6 1.5 本章小结 6 第二章 数学模型的建立 7 2.1 离心力场的基本特性 7 2.1.1 离心力 7 2.1.2 分离因数 8 2.1.3 科式力 8 2.1.4 离心液压 9 2.2 离心沉降过程的说明 9 2.2.1 固相粒子在离心场中的自由沉降速度 9 2.2.2 离心场中沉降分离的极限 11 2.3 离心场中的流体力学 12 2.3.1 基本方程 12 2.3.2 卧螺离心机内部的流体流动 14 2.4 本章小结 18 第三章 可靠性仿真模型的建立 19 3.1 实验方法概述 19 3.1.1 实验设备及原理 19 3.1.2 实验条件 20 V