进口浓度对水力旋流器颗粒分级的影响.pdfVIP

中国工程热物理学会 多相流 第r一届学术会议 编号：056067 进口浓度对水力旋流器颗粒分级的影响 耿丽萍‘杨茉2周静伟1章立新2林宗虎2 (1．中国计量学院汁测学院3100培； 2-上海理工大学动力工程学院．200093) 1前言 水力旋流器能够用于高炉污泥的旋流脱锌。炼铁过程中产生的高炉污泥含铁量和 含碳量很高，是很好的炼铁原料，只不过其中的含锌量超标，因此对其脱锌处理后可 作为炼铁原料回收。由于高炉污泥中的锌元素主要含在小颗粒污泥中，可用水力旋流 器将含锌率高的小颗粒从高炉污泥中分离出去，从而使污泥含锌量达到回收利用的规 定指标。 邹宽l】J对高炉污泥的旋流分离进行了实验研究，并用数值计算的方法分析了水力 旋流器在颗粒分离分级中的性能，分别通过实验和数值方法得到了水力旋流器内颗粒 数逼近法分别得到了直径为75mm的水力旋流器实测和模拟的速度场和颗粒分级效率 曲线：本文作者”1也曾对高炉污泥在旋流器内的颗粒分级进行了数值模拟，分析了几 何结构变化对颗粒分级效率的影响。不过，所有这些研究的数值模拟结果都是在颗粒 进口体积浓度很低的条件下得到的。由于旋流器内的强旋流作用，使得旋流器内某些 局部区域的颗粒浓度比进口浓度高很多，这导致了数值模拟的困难。目前我们还不能 对水力旋流器中的液周多相流动在更高的进口颗粒浓度的情况下进行数值模拟。因此， 计算与试验比，采用的颗粒进口浓度有较人差异。然而，本文作者一直在思考，为什 么对低进口浓度情况进行数值模拟得到的结果，能够与较高进口浓度的实验结果吻合。 本文的主要目的是，利用数值模拟结果和理论分析，探讨颗粒浓度对水力旋流器内颗 粒分级的影响，从而能够定量地说明颗粒进口浓度不会显著地影响水力旋流器内颗粒 分级。 2问题的数学描述 本文的数学描述采用雷诺应力模犁和简化的多流体模型。假设流动的三个速度分量 为二维轴对称，描述旋流器内多相流动的几组方程为 连续性方程：昙(岛)+V‘(岛吒)=o 一∑!!竺垒垦 这里吒和卢0分别是质量平均速度和混合密度：吒 基金项目：本文得到了固家自然科学基金的资助 566 pm2 2一akpk 口。是第后相的体积分数。 动量方程： 其中甩是相数，户是体积力，卢。是混合流体粘性， ％．。是第k相和混合相间的漂移 速度：％．^=吼一吒 滑移速度定义为颗粒相相对于连续相的速度： Vp=V，一Vf 其中F标p和1分别表示颗粒相和流体相。 ：颗粒相体积分数方程：昙仁，p，)+V，b，p，；。)=一V．b，p，；一，，) 边界条件设定如下： (1)进口条件 水力旋流器内部的流动近似看成是轴对称的，入口简化成流体从基圆周围各处均 匀流入，颗粒相和水相速度相同，则流场的入口速度可以由质量守衡条件给出： 小。，％=舄，既=等…¨ ～ 其中Qk为进口体积流量，u矿和∥分别代表轴向、径向和切向速度，以为进料口 直径，d为旋流器柱段直径。K和￡的入口条件可以表示成： 如．o．0144呒，‰=K％5d (2)出口条佴： 出口时认为流动已经达到了充分发展阶段，即速度梯度等于零，对其他的计算参 数做同样的处理。 (3)水力旋流器中部存在空气柱 空气柱近似看成是稳定的真线型，气液边界面采用类似于自由面的“缸盖近似法” 处理，即设定其为表面切应力为零的“固体壁亟”。 (4)旋流器壁面 壁面无渗透、无滑移。通过壁面函数方程来计算壁面剪切应力、近壁处的湍动能、 湍流扩散率。 (5)中轴线 按照对称面来处理，令各个计算最在中轴线上的法向梯度为零。 数值计算采用基于原始变量的有限差分方法，用sIMPLE方法处理压力与速度的耦 合，径向和轴向速度方程、切向速度、雷诺应力、足