压滤机压滤过程流—固耦合有限元模拟及优化设计

发布时间：2020-06-02 18:33

【摘要】：压滤机是一种传统的固液分离设备,在工业生产中得到广泛的应用。随着经济的高速发展和环保要求的不断提高,压滤机不断地得到优化设计。然而,压滤过程的密闭性和滤板的不透明性导致压滤机滤室内料浆的流动形态、滤饼的成型规律难以被直接观测,料浆与滤饼对滤板的挤压效应也难以被直接在线监测,因此压滤脱水工艺参数的设置以及滤板的设计目前仍主要依靠经验。本文以厢式压滤机的精煤浆压滤脱水过程为研究对象,在深入研究Eulerian多相流理论的基础上,结合用户自定义方程(User Defined Function,UDF)确定了适用于描述压滤过程的理论方程,建立了几何要素完整、切合生产实际的滤室几何模型,并应用UDF定义了体现离心泵扬程-流量特性的边界条件,建立了理论可靠、几何精确、边界合理的压滤过程计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)分析模型。在此基础上应用ANSYS FLUENT软件对压滤机压滤过程开展模拟计算,得到了自压滤开始至完全成饼这一完整过程的模拟结果,进而分析了压滤过程中料浆的流动形态、煤粒的沉积规律、滤室内压力的分布及三者之间的相关性规律。然后,通过改变煤粒直径并结合Eulerian多相流理论,进一步分析了压滤过程,结果表明:在压滤前期,重力使煤粒进入滤室后由下而上逐步沉积,并在滤室内形成正方向向下的压力梯度,此时煤粒开始在滤布内表面沉积并形成一定厚度的滤饼,但进料压力不足以使水克服相间曳力透过已形成的滤饼层,该阶段系统阻力主要来自滤布对水的阻力;在压滤中期,煤浆流变特性发生转变,导致滤室内压力梯度方向反转,滤室内压力进一步提高,滤饼两侧的压力差超过水克服滤饼中相间曳力的阈值,滤饼开始作为过滤介质参与到过滤过程中,使进料压力的增长略有减缓,此时系统阻力主要为滤饼和滤布对水的过滤阻力;在压滤后期,滤室内压力持续升高,使其足以克服煤粒间的摩擦力而推动煤粒运动,而由于流速降低,滤饼及滤布的过滤阻力随之减小,以颗粒间摩擦力为主的流动阻力成为系统阻力的主要组成部分。最后,充分考虑滤板实际工况,建立了滤板使役状态的有限元分析模型,应用间接耦合法提取流体动力学模拟计算所得的随时、空间变化的压力场作为滤板的载荷输入,应用ABAQUS有限元软件分析了不同工况下滤板的应力、应变状态及演变规律。此外,根据滤板在两侧滤室压力相差30%这一极限工况下的应力分布情况,优化设计了滤板几何结构,使得优化后的滤板在使役过程中的应力分布更为均衡,最大应力下降了 22.85%,质量降低了 10.26%,可为企业带来显著的经济效益。综上,本文设计了理论可靠、几何模型精确、边界合理的厢式压滤机的压滤过程流-固耦合数值模拟方案,从多个角度对压滤过程开展了分析,并对压滤机滤板进行了合理的优化设计,为厢式压滤机压滤过程的深入研究和滤板的进一步优化设计提供了理论依据。
【图文】：

压滤机

１．１选题背景与意义逡逑１．１．１压滤机和滤板逡逑过滤与分离是现代工业领域与新兴科技领域中必不可少的科学技术之一Ｗ，逡逑在许多生产过程中，过滤与分离设备极为关键，提高其技术水平是提升工业生逡逑产现代化、工艺过程先进性，以及提高产品质量、节能降耗的重要保证。逡逑压滤机是广泛应用于采矿、化工、食品、环保、医药等行业的不可或缺的逡逑固液分离设备［２１，优化和提高其过滤效率及滤饼含固率可以有效提高上述产业逡逑的生产效率和产品质量，并降低产业能耗，具有非常可观的经济和环保价值。逡逑目前，国家和社会对工业生产的环保问题日趋重视，要求日趋严苛，给压滤机逡逑的发展提供了新的机遇，也对压滤机的自身技术水平提出了更高的要求。逡逑如图１．丨所示，压滤机主要由机架、滤板、滤布、控制系统和液压系统等逡逑五部分构成，通过对密闭滤室内的料浆施加一定压力使悬浊液中的液体透过过逡逑滤介质（滤布），固体颗粒被过滤介质截留，从而使固体颗粒与液体分离［３］。逡逑

滤板,压滤机

国家和社会对工业生产的环保问题日趋重视，要求日趋严苛，给压滤机逡逑的发展提供了新的机遇，也对压滤机的自身技术水平提出了更高的要求。逡逑如图１．丨所示，压滤机主要由机架、滤板、滤布、控制系统和液压系统等逡逑五部分构成，通过对密闭滤室内的料浆施加一定压力使悬浊液中的液体透过过逡逑滤介质（滤布），固体颗粒被过滤介质截留，从而使固体颗粒与液体分离［３］。逡逑Ｍ逦液压系统逡逑图１．１压滤机逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｆｉｌｔｅｒ邋ｐｒｅｓｓ逡逑滤板是压滤机的核心过滤元件之一【４１。图１．２显示了多种不同型号和结构逡逑的压滤机滤板，，其空腔内表面分布有支撑滤布的滤点及增加结构强度的支撑台。逡逑Ｉ逡逑
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD462.2

【参考文献】