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水力旋流器固—液分离的CFD模拟研究

作　者: 王伟
导　师: 尤学一
学　校: 天津大学
专　业: 环境科学
关键词: 水力旋流器多相流模型分级效率能耗
分类号: TD455
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 223次
引　用: 2次
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内容摘要

旋流器是一种利用离心力场进行分离、分级或浓缩的分离设备,在各个领域得到了广泛的应用。目前,旋流器研究大多采用实验方法,由于实验存在投资大、研究开发周期长、结构修改不灵活等缺点,迫切需要利用计算流体动力学(简称CFD)模拟,确定优化分离器实验。本文建立了水力旋流器的多相流模型,实现了固液分离效率等重要参数模拟。首先利用前人实验数据,证实了多相流模型研究水力旋流器的可行性。研究发现相比于Mixture模型,Eulerian模型更适合于水力旋流器的多相流流场模拟。本文分析了水力旋流器内部轴向速度场、切向速度场、径向速度场及静压力场,研究了固液分离机理。在此基础上,从分级效率、压力降、生产能力、能耗等方面研究了水力旋流器的给矿压力、给矿浓度等操作参数以及旋流器给矿口截面形状、给矿口等效尺寸等结构参数对水力旋流器分离性能的影响,为设计高效水力旋流器提供了理论指导。主要结果为:提高给矿压力将提高旋流器分级效率,但会使能量损失增加,给出相互间关系;随给矿浓度增加,旋流器能耗降低,其主要原因是料浆粘度和密度增大从而导致旋流器生产能力下降;矩形给矿口结构使旋流器入口湍流扰动减弱,从而在分级效率上明显优于圆形给矿口结构;给矿口直径与分级效率不是简单的正反比关系,而是在小于溢流口直径的范围内存在某一最佳值。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-12
  1.1 研究背景及意义  8-10
  1.2 计算流体力学软件简介  10-11
  1.3 本文的研究工作  11-12
第二章水力旋流器理论基础  12-19
  2.1 水力旋流器  12
  2.2 工作原理  12-13
  2.3 离心力场中的固相颗粒的沉降  13-14
    2.3.1 自由沉降  13
    2.3.2 干涉沉降  13-14
  2.4 性能参数  14-16
    2.4.1 分离效率  14
    2.4.2 分离粒度  14-15
    2.4.3 级效率曲线  15
    2.4.4 能耗  15-16
    2.4.5 压力降  16
    2.4.6 生产能力  16
  2.5 水力旋流器的应用  16-19
    2.5.1 澄清  16-17
    2.5.2 浓缩  17
    2.5.3 颗粒分级  17
    2.5.4 颗粒分选  17
    2.5.5 逆流洗涤  17-18
    2.5.6 液-液分离  18
    2.5.7 气-液分离  18-19
第三章多相流理论与模拟基础  19-36
  3.1 多相流模型  19-23
    3.1.1 Mixture 模型  19-21
    3.1.2 Eulerian 模型  21-23
  3.2 湍流模型  23-27
    3.2.1 雷诺方程  24-26
    3.2.2 雷诺应力方程模型  26-27
  3.3 控制方程的离散  27-29
    3.3.1 有限体积法的基本思想  27-28
    3.3.2 离散格式  28-29
  3.4 基于非结构网格的SIMPLE 算法  29-32
    3.4.1 非结构网格与结构网格的比较  29
    3.4.2 SIMPLE 算法的基本思想  29-30
    3.4.3 非结构网格通用控制方程的离散  30-31
    3.4.4 非结构网格上SIMPLE 算法的计算步骤  31-32
  3.5 求解方法  32-36
    3.5.1 分离式方法  33-34
    3.5.2 耦合式方法  34-35
    3.5.3 求解器选择  35-36
第四章模拟及结果分析  36-60
  4.1 旋流器结构  36-37
  4.2 数学模型  37-38
    4.2.1 旋流器三维模型  37
    4.2.2 坐标系及网格  37-38
    4.2.3 边界条件及初始类型  38
  4.3 模型验证及多相流模型选择  38-39
  4.4 水力旋流器内部速度场  39-44
    4.4.1 轴向速度  39-41
    4.4.2 切向速度  41-43
    4.4.3 径向速度  43-44
  4.5 水力旋流器内部静压力场  44-46
  4.6 工艺参数对分离性能的影响  46-60
    4.6.1 给矿压力的影响  46-49
    4.6.2 给矿浓度的影响  49-54
    4.6.3 给矿口截面形状的影响  54-56
    4.6.4 给矿口等效直径的影响  56-60
第五章结论与展望  60-62
  5.1 研究总结  60-61
  5.2 展望  61-62
参考文献  62-65
发表论文和科研情况说明  65-66
致谢  66

水力旋流器固—液分离的CFD模拟研究

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