基于CFD-DEM抛物面壁水力旋流器选型及其对水沙分离的影响

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目前使用小型水力旋流器分离细微颗粒越来越受到关注,但常局限于常规形状或特定出入口尺寸等而导致分离性能不佳。本文提出了一种新型抛物面壁水力旋流器(fx10.0),通过设计,CFD-DEM,试验这三个环节来分析型抛物面壁旋流器和传统圆锥面壁在不同粒径的沙粒,不同入口流速,不同入口浓度下沉砂口回收率,浓缩比,和颗粒过滤彻底时间这三个主要分离指标并对其内部流场和颗粒轨迹进行了分析。由于抛物面壁旋流器分离性能优于传统旋流器,故对抛物面壁旋流器进行两次正交选型,得出下列结论:(1)在不同流速下,在不同浓度下,在不同粒径下抛物面壁旋流器分离性能指标均强于圆锥面壁旋流器,在入口流速1.5m/s时,沉沙口回收率提高13.53%,浓缩比提高0.54,颗粒过滤彻底时间提高0.6s,为分离性能提高最高的时刻。,两种旋流器各自分离性能差距不大,,两种水力旋流器的沉砂口回收率于粒径大小成正比,且新型抛物面壁水力旋流器的沉砂口回收率始终高于传统抛物面壁水力旋流器的沉砂口回收率,其中在35μm时沉砂口回收率差距最大达到14.53%,浓缩比差距也最大达到0.56,颗粒过滤彻底时间快0.6s。数模和试验的沉砂口回收率的误差在15%以内,是由于试验温度,条件并不完全和数模一致以及旋转流的复杂性所导致。(2)在分离性能差距最大工况下,新型抛物面壁水力旋流器的压力梯度更明显,速度快,效率高,在锥段停留时间较长的颗粒大多从沉砂口排出,但磨损也大。与传统圆锥面壁旋流器对比,新型抛物面壁水力旋流器切向速度明显更大,且速度变化梯度更明显;轴向速度也更大,即更有利于沙粒的快速分离,提高分离效率;径向速度也更大,故在分布规律基本一致且均呈中心对称分布下,径向曳力更大,更有助于小颗粒进入内旋流,最大程度上减少溢流跑粗的现象。(3)通过3D打印来制造各种新型水力旋流器便利可行,并且可以通过数模分析。节约设计成本的同时,提高了时间和通用性,并很好的提高了分离效率。(4)第一轮正交选型通过数模对性能更优的抛物面壁水力旋流器的结构因素进行初次选型,筛选出入口直径,沉砂口直径、溢流口直径作为第二轮正交选型因素。(5)第二轮正交选型结果表明影响抛物面壁水力旋流器分离效果的最大的是入口直径B,其次是沉砂口直径A,再次是溢流口直径C。最佳选型沉砂口直径:1.8mm、入口直径:2.3mm、溢流口直径3.1mm。数模选型和试验选型结果一致。
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