气—液分离水力旋流器理论与试验研究

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气液两相流根据各自的特点可以分为气泡流、液滴流、气块流和分层流,其中气泡流指气体以颗粒状气泡的形式散布在液体中运动。本文根据气液两相流中气泡流的流动特性,结合水力旋流器内混合相的流动机理,利用计算流体力学软件,建立气-液分离水力旋流器模型,并对其内部流场进行分析。根据模拟分析结果,对模型进行结构改进,最终制作试验样机进行试验研究。数值模拟应用Fluent软件,通过对气-液分离水力旋流器内气液两相流流动规律的研究,进一步掌握了旋流器内气液两相流的分离机理。数值模拟包括柱状气-液分离水力旋流器模拟和柱锥气-液分离水力旋流器模拟两部分。通过对原型柱状气-液分离水力旋流器进行数值模拟,结果表明原型柱状气-液分离水力旋流器压力和速度分布非常紊乱,内部形成了较多涡流,分离效果不好。针对这一状况提出了三种结构改型方案并进行了分析,了解了结构参数的变化对柱状气-液分离水力旋流器内压力、速度及气相浓度分布的影响规律。三种结构改进对旋流器分离效果起到了较好的效果,但分离效率并不是十分理想。柱锥气-液分离水力旋流器数值模拟同样包括对旋流器内压力、速度和气相浓度分布的分析,改变的结构参数包括底流直径、入口直径、溢流管伸入长度、旋流腔顶部结构和底流口的出口位置。通过对结果的分析,了解了柱锥气-液分离水力旋流器结构参数的变化对其内部流场及分离效率的影响规律,同时得到了最佳分离效果的旋流器结构参数。通过对最佳气-液分离水力旋流器及改型结构进行试验研究,了解了操作参数的变化对旋流器内部流场及分离效率的影响。同时验证了数值模拟结论的合理性。
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