中心锥式水力旋流器分离特性数值模拟研究

发布时间：2020-05-21 13:40

【摘要】：电石渣是一种工业废弃物,在我国排放量巨大。其主要成分是Ca(OH)_2,还含有少量的Al_2O_3、SiO_2、Fe_2O_3等杂质。通过颗粒分级,提高电石渣中Ca(OH)_2含量,用以代替石灰石作为生产电石的原料,实现电石渣资源循环利用。结合电石渣的理化特性与水力旋流器的分离特性,本文设计了一种适用于提纯电石渣的中心锥式水力旋流器,具体研究工作如下:(1)电石渣理化特性的检测。对电石渣的组成成分、粒径范围、不同粒径中Ca(OH)_2含量进行测定,根据电石渣的理化特性,确定粒径小于75μm的电石渣中Ca(OH)_2的含量可满足代替石灰石生产电石的要求。(2)中心锥式水力旋流器的设计。为克服空气柱引起的溢流跑粗问题,保证电石渣分离精度,提出一种用于提纯电石渣的中心锥式水力旋流器。在静态水力旋流器内部同轴安装中心锥结构,利用中心锥结构占据空气柱位置使得流场更加稳定;中心锥下锥段对向上运动的内旋流有强迫分离的作用,使得卷入内旋流的粗大颗粒被迫向壁面运动回到外旋流,从底流口排出,起到提高分离精度的作用;中心锥上锥段的导流作用,减少了内部矿浆与中心锥下锥段碰撞引起的湍流。(3)中心锥式水力旋流器结构参数的确定。由于水力旋流器分离电石渣时对电石渣有分散作用,若以小于75μm作为目标分离粒径对水力旋流器进行设计,很难保证内部杂质能够有效地被分离。为保证分离精度,以分离目标粒径为50μm作为水力旋流器的设计依据。根据最大切向速度轨迹法建立数学模型,确定水力旋流器柱段直径为50 mm。在确定柱段直径的基础上,结合经验公式最终确定中心锥式水力旋流器的壳体结构参数为:D=50 mm、a=25 mm、b=15 mm、Do=15 mm、Du=8mm、H=85 mm、L=20 mm、θ=6°。利用Fluent分别对中心锥式水力旋流器与静态水力旋流器提纯电石渣的内部流场进行数值模拟。利用中心复合试验设计结合仿真结果优化中心锥结构,根据响应曲面结果优化出的中心锥结构参数为中心锥位置A=10 mm,中心锥上锥角角度θ_2=45°,中心锥下锥角角度θ_1=140°。(4)中心锥式水力旋流器分离特性的数值模拟与试验验证。利用Fluent设置相同的仿真条件,对比中心锥式水力旋流器与壳体结构参数相同的静态水力旋流器的流场进行数值模拟仿真,通过对比内部流场的压力分布、切向速度、湍动能、零轴速包络面、速度矢量以及DPM离散相模拟,验证中心锥式水力旋流器的优越性;利用3D打印技术制作中心锥式水力旋流器,搭建试验平台,根据中心复合试验设计设计试验,试验验证中心锥式水力旋流器分离电石渣的效果。通过响应曲面法得到中心锥式水力旋流器的最佳操作参数:处理量Q=1.9 m~3/h,进料浓度为10%,试验结果为:溢流分离精度极限D_(95)=54μm,分离效率为87.2%,分离精度系数为41.3%。
【图文】：

水力旋流器,工作原理图

实现了资源的循环利用。但由于实现工业化生产，必须找到提纯电石渣中 C况组成与工作原理离心沉降作用分离物质的装置，利用工作过，将物质进行分离。水力旋流器适用于固液及其他应用。具有结构简单、生产能力大、化、造纸、选矿、制药、环保等领域[9-11]。意及工作原理如图 1-1 所示，主要结构有进矿浆以一定的速度切向进入水力旋流器内受到的离心沉降作用的大小不同，重相所受转向下运动，，经过底流口排出。在离心力作，形成一个旋转向上运动的“空气柱”。大流器中心附近。在空气柱的带动下，螺旋向同相的分离[12]。

静态水力旋流器,动态水力旋流器,外界,机构

肥生产中；1931 年荷兰将静态水力旋流.G.Drissen)设计了有溢流管的水力旋流力旋流器应用于油水分离，在石油开采，工业的发展对水力旋流器的的要求力旋流器的结构进行大量改进。Larss形切向进料口设计为三维螺旋形进料度，在溢流管外缘设计环形齿结构；徐部流场紊乱问题，设计了中心柱式水力场的效果[18]；Boadway 等[19]为提高矿流器主要用于石化、造纸、选矿、制药流器在我国云锡选矿厂得到应用。之后旋流器处理量更大，产品粒度更细，应部是否装有驱动增旋装置，可将水力旋态水力旋流器如图 1-2 所示，具有结构寿命长等特点，但其处理能力有限，分
【学位授予单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X705;TQ051.8

【参考文献】