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水力旋流器内液固两相流流场及分离机制研究开题报告

 2020-02-10 10:02  

1. 研究目的与意义(文献综述)

1.1 选题的目的及意义

水力旋流器又称为旋液分离器[1],是利用离心场实现非均相液体混合物高效分离的设备,也可用于浓缩、脱水,其工作原理是:混合物从进料口沿切线方向进入水力旋流器,在旋流器内部形成由上而下的旋转流,基于混合物中不同组分的密度和粒度不同,水力旋流器内部的旋转运动分为:外旋流和内旋流运动。混合物中密度较大的组分在离心力的作用下,沿径向向壁面方向运动,同时向下运动,形成外旋流,并在此过程中与混合物中的密度较小的轻组分分离,流经锥体结构后由底流出口排出。混合物中密度较小的轻组分逐渐脱离外旋流向中心位置迁移,而且越接近底流出口迁移量越大,从而使得轻组分无法从底流口排出,轻组分在流体推动和低压区的双重作用下形成向上的旋转运动,形成内旋流,最终从溢流出口排出。水力旋流器具有构造简单,操作方便、无动部件、占地面积小、处理量大、分离效率高等优点,但流体间的高度剪切、颗粒的成层分布、多相间的相互作用等使得旋流器内部的多相流动十分复杂,广泛应用于选煤、石油和化工领域[2-7]

水力旋流器的流动过程和分离性能与分离机制密切相关,对分离机制的研究有利于深化认识分离过程和优化结构设计。由于水力旋流器内的多相相互作用极其复杂,对分离机制的认识仍不清楚[8]。在过去的多年时间里,许多学者提出了不同的理论模型来解释旋流器的分离过程,例如平衡轨道模型[9,10]、停留时间模型[11]和拥挤模型[12]。但是,这些模型都提出了各种各样的假设,不能准确反映各种参数对分离性能的综合影响,与实际的分离过程有一定差距。随着计算流体力学 (cfd)的发展,这一情况得到改善,我们可以相对准确地模拟出旋流器内部流场各点参数(如速度,压力,浓度分布等),可以弥补理论模型的不足,进而可以对流场特性进行分析,研究其分离机制,得到可能改进水力旋流器的方案,为其研发制造提供参考。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 借助ansys workbench分析软件,用solodworks建立水力旋流器几何模型。

2.2 利用计算流体动力学软件fluent计算水力旋流器内流场特性。

2.3 通过对水力旋流器内流场特性的考察,分析水力旋流器内液固两相流分离机制。

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3. 研究计划与安排

2019年02月16日--02月28日: 调研、拟定提纲、完成《开题报告》。

2019年03月01日--03月10日: 阅读参考文献,熟悉计算流体力学数值仿真的基本流程。

2019年03月11日--03月20日: 建立水力旋流器几何模型。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]吕一波,康文泽.分离技术[m].徐州:中国矿业大学出版社,2000:20-22.

[2]刘峰.重介质旋流器选煤技术的研究与发展[j].选煤技术,2006(5):1-12.

[3]任瑞晨,程明,张乾伟,等.小锥角水力旋流器对难浮煤泥脱泥浮选工艺试验研究[j].煤炭学报,2014,39(3):543-548.

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