试析旋液环流式液固分离器的性能研究与流场数值模拟

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1、分类号密级TQ051．8保密学校代码：学号：lIl岛斜援太营硕士研究生学位论文论文题目：旋液环流式液固分离器的性能研究与流场数值模拟姓名指导教师学科专业专业代码研究方向岳华李建隆化学工程081701多相流体的流动与分离}2005年4月20日旋液环流式液固分离器的性能研究与流场数值模拟摘要水力旋流器因其具有结构简单、成本低、处理能力大、体积小等优点，受到了越来越多工业部门的重视。但常规旋流器存在着压降高、放大效应显著、稳定性差等弊端。为了克服常规型旋流器的不足，青岛科技大学化学工程研究室开发了旋液环流式液固分离器。本文研究了

2、旋液环流式液固分离器的分离性能，以丙烯腈催化剂粉末一水为实验物系，在入口流速为3～7m／s、分流比为0．04～0．18的实验条件下，测试了四种不同结构尺寸分离器的压降、除砂效率，得到了相对较优的结构：测试了进口速度、分流比与效率、压降的关系，得到了最佳操作条件。利用大型模拟软件FLUENTB．0对已优化的旋液环流式液固分离器的流场进行了模拟。模拟结果显示了旋液环流式液固分离器一次分离区Z=90mm截面的速度分布规律为：切向速度“。先随去的增大而增大。在二D=0．10～0．20时达到最大n儿值，而后随着七的增大而减小，进料口

3、附近切向速度的轴对称性较差：轴向速代度基本上呈现轴对称分布，轴心处达到最大值8．30m／s，“：随着毛的增大而减JI(小。从Navier～Stokes方程出发，引用普兰德混合长理论，建立了旋液环流式液固分离器一次分离区内流型充分发展的流速场数学模型，得到了一次分离区的轴向速度“，和切向速度‰的解析式。l轴向速度：“：=瓜(Rj一，i)=√一詈(古笔吐]1

4、一萨l石i一5j切向速度：“。=G{一导(云一c≥÷]+圭云·n素}结果表明：切向轴向速度理论值与模拟计算值在Z=90rm截面处基本吻合。旋液环流式液固分离器的压降仅为常

5、规水力旋流器的40％左右，分割粒径为7．5“m。根据实验结果得出了旋液环流式液圃分离器的最佳操作条件：入{二：】液速为5．0～6．Om／s，分流比为0．08~o．12a关键词：旋液环流式液尉分离器性能流场模拟计算流体力学PERFOIⅢANCESTUDYANDFLOWFIELDSIMULATl0NOFTHECIRCUMFLUENTHYDROCYCLONEABSTRACTAnewtypeofhydrocyclone，circumfluenthydrocyclone(CFHC)，hadbeendevelopedbytheChem

6、icalEngineeringResearchCenter,QingdaoUniversityofScienceandTechnology．Theconfigurationoptimization，theperformance，themathematiealformulationandthesimulationoftheflowfieldinCFHChasbeenstudiedtheoreticallyandexperimentally．Theresultshadshownsignificantinstructionfor

7、developingnewhydrocyclonewithhi【ghquality．Theexperimentalstudyontheconfigurationoptimization．usingwaterandacrylonitrileCatalystpowderastestSystem，hasbeencarriedOuttodeterminetheoptimizedseparationefficiency,pressuredropandgradeefficiencyoffourdifferenttypeCFHCsdes

8、cribedas1}f，2拌，3样and4撑．ThefeedinletvelocityWasfrom3to7rrgs．andthesplitratioWasintherangeof0．06to0．18．Theresultsshowthatthe4#CFHChashigherseparationefficiencyandlowerpressuredropcomparedwithalltheotheroldCFHCs．Andtheoptimizedfeedvelocityandsplitratiobasedonthe4样CFH

9、Carebetween5．5～6．0m／sandO．08--9．12．respectively．ComputationalFluidDynamics(CFD)Wasusedtoinvestigatetheoreticallytheprofileofthevelocityinthe4拌CFHC．Thema