赤泥分离沉降槽固液分离的数值模拟与优化

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1、中图分类号硕士学位论文学校代码!Q533密级公珏赤泥分离沉降槽固液分离的数值模拟与优化Numericalsimulationandoptimizationonsolid-liquid一一‘。‘一‘o●■J●J-●●Jseparationintheredmudthickener作者姓名：雷波学科专业：动力工程及工程热物理研究方向：热能工程学院(系、所)：能源科学与工程学院指导教师：李茂副教授副指导教师：中南大学2013年05月原创性声明㈣删㈣㈣舢删0Y2423915本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进

2、行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：壅i鱼日期：上ⅡL年互月三日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段

3、保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。作者签名：纽导师签名组日期：盟年土月L日赤泥分离沉降槽固液分离的数值模拟与优化摘要：赤泥分离沉降槽是目前碱法生产氧化铝沉降工序的主要设备。本文以某企业深锥高效分离沉降槽为研究对象，在对固液两相流进行合理假设和适当简化的基础上，建立了沉降槽物理模型和数学模型。对沉降槽内特别是中心筒内的速度场、固相浓度分布以及湍动能强度分布进行了数值模拟，对比分析了直管式和射流式两种进料管下的沉降槽内的固液

4、分离运动，结果表明：射流式进料管沉降槽具有更强的稀释作用，其湍动能分布更均匀合理。本文提出了以固含为60～709／L区间内的体积百分数为评价沉降槽固液分离效率的指标。应用正交试验设计法、结合极差分析和方差分析方法，研究了中心筒直径、中心筒深度、射流管管型、挡流环板离进料管下沿高度、喉嘴距等可能对沉降槽沉降效率产生影响的因素。研究发现，对上述指标的影响大小依次为：射流管管型>挡流环板离进料管下沿高度>喉嘴距>中一tl,简直径和深度，其中挡流环板离进料管下沿高度、喉嘴距、射流管管型对沉降槽中心筒内最佳固含分布区间

5、(60～709／L)体积分数均有影响，其中射流管管型影响最为显著。通过进一步的研究得出沉降槽最优结构参数为：中心筒直径3000mm、中心筒深度5000mm、射流管管型为5}f管型、挡流环板离进料管下沿高度220mm、喉嘴距180mm。优化后的沉降槽中心筒内湍动能强度分布均匀合理；在进料固含为1lOg／L时，料浆通过射流管沉降槽进入中心筒后料浆固含为59．39el，比基本工况增加了7．89／L，且筒内固含为60～709／L的体积分数达到12．5％，比基本工况下提高了128％，可以更大效率的发挥絮凝剂的絮凝作用。

6、另外，针对数值模拟仿真和各种分析方法得出的结果，对沉降槽进行了结构优化分析，并对合作企业的赤泥分离沉降槽进行了工业试验。改造后的工业试验表明：优化后的沉降槽，生产现场可停止使用两台循环泵，大大节约了动力消耗；干赤泥絮凝剂单耗从平均103．49／t减少到85卧，较改造前减少絮凝剂使用量17．8％，说明基于本论文研究得出的沉降槽的结构优化方法能带来较大的经济效益和社会效益。图43幅，表14个，参考文献85篇。关键词：沉降槽，固液两相流，数值模拟，固含分布，正交试验分类号：TF351．5，TF803．2Numeri

7、calsimulationandoptimizationonsolid—liquidseparationintheredmudthickenerABSTRACT：Theredmudthickeneristhemainequipmentinthesedimentationprocessofthealkalinealuminaproduction．Takingadeepconeefjficientthickenerastheresearchobject．basedonthereasonableassumption

8、andthesimplification，aphysicalmodelandamathematicalmodelisestablishedinthispaper．Thevelocityfield，solidconcentrationdistributionandtheturbulentkineticenergydistributioninthefeed．wellaresimulatedtocompa