水力旋流器数值拟与CFD分析论文.docVIP

水力旋流器数值模拟与CFD分析 【摘要】水力旋流器是一种利用流体压力产生旋转运动的装置，可用于使存在密度差的两相或多相进行分离。由于其具有结构紧凑，成本低，处理量大和分离效率高等优点，因而其在固——液分离领域的应用越来越受到关注。本文针对水处理中除砂的固——液分离用的水力旋流器，利用计算流体动力学(CFD)商业软件FLUENT对其进行了数值模拟研究。 关键词：水力旋流器；FLUENT；数值模拟 【Abstract】Hydrocyclone is a kind of equipment which can use the liquid pressure to Great revolving movement and can be ued for separating two-phase or mufti-phase material that has different density. separating is much less. Because of its advantages such as compact structure, low price, high production capacity and high efficiency and so on, its application on solid-liquid separating is being paid more and more attention.This paper did die numerical simulation research on solid-liquid hydrocyclonefor eliminating sand, using FLUENT 6.1.22, the business of CFD. Keywords: hydrocyclone； FLUENT；numerical simulation 由于水力旋流器在越来越多的行业和领域展示着它越来越广泛的应用前景，因此人们对水力旋流器的研究工作一直没有停止过。对水力旋流器的研究方法主要有：数学方法、试验方法、数值模拟方法。水力旋流器的分离能力与能量消耗是这种分离设备的两个重要性能，而旋流器内所形成的流场正是旋流器结构，分离能力，能量消耗等因素综合作用的结果。本文的具体研究内容如下：（1）探讨选择合适的水力旋流器建模方法；（2）对现有的湍流模型进行分析并选择；（3）利用CFD软件对水力旋流器的数值模拟。 1 旋转流动的基本方程 图1-1旋转流运动微元体 在旋转流体的分选设备中，流体服从同一旋转运动的微分方程（图1-1）。 在绕垂直轴旋转运动流中，在半径r点处取一长方形流管，其宽为dr，厚为dz，在平面z上，当质量力只有重力时，沿半径r的流线上可应用不可压缩流体定长流动的贝努利方程，如下： (1.1) 式中： H 总压头； z 势压头； 半径r处的压力； 流体密度； 半径r处切向速度； 重力加速度。 将式（1.1）对半径r微分后，得 (1.2) 由式（1.2）可以看出，在旋转流体中沿着径向的总压头的变化率，是与径向的压力和速度变化率有直接关系的。 2旋流器CFD建模 2.1旋流器的开口 （1）进口：查资料推荐的工业用旋流器的最佳进料口的当量直径de=（0.15-0.25）D，有文献指出矩形进料口比圆形进料口更有助于进料眼旋流器扩展。在这里取矩形进口80mm×40mm。 （2）溢流口：溢流口直径应稍大于进料口的直径，推荐的工业用旋流器的最佳溢流管内径De=（0.2-0.3）D，而用于分离的旋流器最佳溢流口直径为De=0.34D。在这里取De=85mm。 （3）底流口：底流口直径与溢流口直径之比一般在0.15-1的范围内。这里取B=60mm。 2.2其他结构参数 旋流器柱体段的长度h=300mm，插入深度S=100mm，旋流器锥角=15°（旋流器锥角如果过大会使分离效率降低，所以锥角不宜过大）。 因此，本文的模拟结构参数选择如简图3-1所示，其中主要几何参数如下： a=40,b=80,De=85S=100, D=250, B=60，H=721, h=300,为更符合实际工况，底流口延长一平行直管段，长度为50mm。 图2-1 旋流器几何结构图 2.3用Gambit建立水力旋流器模型 （1）建立圆柱段