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旋流器流场模拟及特性分析

2016/7/20 11:28:18

  水力旋流器已广泛应用于矿山、石油、化工、医药、环保等行业的分离、分级和分选，从水力旋流器发展至今许多专家学者对其流场、分离性能以及结构对分离性能的影响等方面进行了深入的研究，得出了一些有益的结论。

  从以前的研究中可以看出流场对分离性能有很大的影响，而旋流器结构有影响着流场，过去的研究主要是针对某一具体结构采用实测与理论分析相结合的方法确定流场特征，但各种不同结构的旋流器其流场存在着一定的差别，由于受各种因素制约、不可能对各种结构和尺寸的旋流器全部进行实测来找出流场热性。

  为了探明各种结构、各种不同操作条件的旋流器流场，仿真模拟流动具有很高的准确度和可靠性，近年来利用计算机对各种分离设备、输送设备、反应设备等的内部情况进行数值模拟成为可能，且模拟结果与实测数据吻合较好。因此采用预测精度较高的雷诺应力模型对旋流器的流场进行模拟，根据模拟结果在旋流器内的流场以及分离主体部分的速度分布等获得了一些新的认识，据此进行一些探讨，为进一步全面认识旋流器流场特性和重新认识分离机理提供了依据。

  通过运用较高精度的雷诺应力模型对水利旋流器流场进行了模拟计算，根据计算结果对流场中的不对称三维速度分布以及内部流场等方面提出了一些认识，主要有以下几个方面：

  （1）除在进料口和底流口区域的流场存在不对称性外，在柱段的分离主体部分也存在不对称流场，不对称性流畅强弱程度主要与进口速度、进口结构布置以及旋流器锥角有关，且不对称流场对径向速度和轴向速度有很大的影响。

  （2）旋流流场具有明显的双涡结构，及轴线附近的强制涡和壁面附近的自由涡。

  （3）切向速度有典型的兰金涡特征，轴线附近的切向速度梯度很大，并且明显的较大加向速度，靠近壁面速度逐渐下降。

  （4）入口流量的增加，使切向速度和轴向速度提高、压强降低；即入口流量的增加导致旋流器分离场的增强，分离的推动力加大，但同时也使摩擦力加大，压强降增加。在入口流量一定时，随着溢流流量比的增加，溢流流量增加，内旋流速度大，对轻质颗粒的分离和排出均有利；而此时外旋流的速度却基本保持不变，底流流量的减小可使底流重质颗粒的浓度增加。

  （5）在柱锥交界区域存在速度“缓变区”，这将使进入该区域的颗粒“悬浮”而密集，从而形成高浓度区，它严重影响了旋流器的分离效率。

  （6）旋流器进料口的设置对流场存在很大影响，为了减小湍动提高分离效率可量采用对称设置的进料口结构。