液—固水力旋流器兩相流動(dòng)數(shù)值模擬研究進(jìn)展

1、液—固水力旋流器兩相流動(dòng)數(shù)值模擬研究進(jìn)展液—固水力旋流器廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，如石油化工、選礦、造紙、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)和食品等。近年來，隨著各工業(yè)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，對(duì)液固分離技術(shù)與裝備提出了新的挑戰(zhàn)和更高的要求同時(shí)，為了適應(yīng)當(dāng)今不斷高漲的降低能耗的要求，目前迫切需要開發(fā)出高分離速度、高脫水度、高分離精度的高性能液—固分離技術(shù)然而，由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，單純通過實(shí)驗(yàn)來研究旋流器的性能不僅周期長(zhǎng)而且費(fèi)用高，如果輔助以理論分析計(jì)算和流場(chǎng)模擬等方法

2、來研究旋流器內(nèi)部流體流動(dòng)規(guī)律，以及結(jié)構(gòu)尺寸變化對(duì)分離性能和壓力特性的影響等，則可縮短研究周期和實(shí)驗(yàn)費(fèi)用，具有重要的理論研究和工程應(yīng)用價(jià)值。液—固水力旋流器結(jié)構(gòu)及工作原理固水力旋流器結(jié)構(gòu)及工作原理圖1所示為典型的液—固旋流器，主要由進(jìn)料口、溢流口、底流口和器壁組成。其工作原理為，當(dāng)液體高速旋轉(zhuǎn)受離心力作用時(shí)，輕相向軸心遷移，從溢流口排出，重相向壁面運(yùn)動(dòng)，由底流口排出，從而實(shí)現(xiàn)輕相(液)和重相(固)分離的目的。圖1典型液—固旋流器兩相流場(chǎng)數(shù)

3、值模擬研究進(jìn)展兩相流場(chǎng)數(shù)值模擬研究進(jìn)展液—固水力旋流器中液固分離的問題在數(shù)值模擬中定義為液體和固體不相容的兩相流問題。由于液固兩相之間的相互作用和每一相的運(yùn)動(dòng)，傳熱傳質(zhì)和反應(yīng)等的影響，顆粒相的模擬基本分為兩類：一類是Euler方法，該方法除將流體作為連續(xù)介質(zhì)外，把顆粒群也作為擬連續(xù)介質(zhì)或擬流體，設(shè)其在空間有連續(xù)的速度和溫度分布及等價(jià)的輸運(yùn)性質(zhì)(粘性擴(kuò)散導(dǎo)熱等)；另一類是Lagrange方法，該方法把流體作為連續(xù)介質(zhì)，而將顆粒群看作離散體

4、系，并以此來探討顆粒動(dòng)力學(xué)顆粒軌道等基于這兩種方法，研究者采用了不同的模型對(duì)旋流器內(nèi)的兩相分離過程進(jìn)行了模擬研究。果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好，驗(yàn)證了數(shù)值模擬方法的正確性。隨著固—旋流器內(nèi)兩相流動(dòng)數(shù)值模擬的不斷發(fā)展，研究人員對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中的旋流問題采用CFD軟件進(jìn)行模擬。耿麗萍等(2004)采用多流體模型和雷諾應(yīng)力模型對(duì)高爐污泥在旋流器內(nèi)的顆粒分離進(jìn)行數(shù)值模擬數(shù)值計(jì)算得到的顆粒分級(jí)效率曲線與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合王永虎等(2004)采用以旋流器作為分離

5、平臺(tái)，對(duì)黃河泥沙分離時(shí)的液流建立數(shù)學(xué)模型，對(duì)泥沙顆粒的運(yùn)動(dòng)動(dòng)力特性進(jìn)行分析該研究忽略細(xì)微泥沙顆粒在水力旋流器內(nèi)對(duì)液流的影響，通過分析進(jìn)入旋流器的液流，具體分析液流等式和建立RNG數(shù)值模型等式，從而獲得顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡和渦旋效應(yīng)對(duì)液流顆粒運(yùn)動(dòng)的影響以及顆粒分離效率的影響因素蘇發(fā)章等(2008)為了改善滴灌系統(tǒng)泥沙分離器的性能，利用CFD軟件對(duì)旋流器內(nèi)液—固兩相流場(chǎng)進(jìn)行三維數(shù)值模擬，針對(duì)計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析原型機(jī)流場(chǎng)存在的問題，根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)

6、行改型設(shè)計(jì)改型后的旋流器分離效率提高了，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)測(cè)結(jié)果比較吻合。祁應(yīng)楠等(2009)對(duì)馬鈴薯淀粉生產(chǎn)過程中旋流器內(nèi)部流場(chǎng)采用RSM模型，在控制參數(shù)的設(shè)定上，采用SIMPLE算法，其他的方程均采用二階迎風(fēng)格式通過對(duì)旋流器內(nèi)部流場(chǎng)速度分布和壓力分布的研究，優(yōu)化生產(chǎn)馬鈴薯淀粉旋流器的結(jié)構(gòu)。結(jié)論與展望結(jié)論與展望盡管液—固旋流器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但其內(nèi)部流場(chǎng)復(fù)雜，從簡(jiǎn)單的κε湍流模型到近些年被廣泛應(yīng)用的雷諾應(yīng)力模型，其仿真精度逐步提高由于受到兩相流