旋流器设计计算[1]
油水分离水力旋流器优化设计与仿真
２０２０年第２０卷第６期环境保护与治理㊀㊀㊀㊀油水分离水力旋流器优化设计与仿真屈丹龙１ꎬ李㊀毅２(１.中国石化油田事业部ꎬ北京㊀１００７２８２.山东省油田采出水处理及环境污染治理重点实验室ꎬ中国石化石油工程设计有限公司ꎬ山东东营㊀２５７０２６)㊀㊀摘㊀要:针对埕岛油田某海上平台采用水力旋流器油水分离效果较差的问题ꎬ设计优化了旋流管结构ꎬ大锥角由原来的２５ʎ调整为１５ʎꎻ入口形式由单切向入口调整为阿基米德螺旋线双入口ꎬ通过ＦＬＵＥＮＴ软件进行了仿真模拟ꎬ分析了优化过程中旋流管内部流场的速度㊁压力㊁轨迹线等变化情况ꎬ为旋流管入口结构设计及锥角的选取提供了依据ꎮ关键词:海上采油平台ꎻ水力旋流器ꎻ阿基米德螺旋线ꎻ油水分离ꎻ仿真模拟ＤＯＩ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１６７２￣７９３２.２０２０.０６.００７０㊀前言水力旋流器是一种高效的油水分离设备ꎬ在油田采出水处理领域尤其在海上采油平台得到了广泛应用ꎬ埕岛油田某海上平台采用水力旋流器对三相分离器分出采出水进行油水分离ꎬ除油率在４０％~５０％之间ꎮ为了提高水力旋流器除油率ꎬ本文进行了旋流管优化设计与仿真研究ꎮ影响旋流管油水分离效率的因素主要分为外部工况因素和内部旋流管结构因素ꎬ其中外部工况因素主要有油滴粒径㊁温度㊁油水密度差㊁黏度等[１￣３]ꎬ内部结构因素主要为旋流管内部结构尺寸㊁锥角㊁入口形式等[４￣６]ꎮ埕岛油田某海上平台水力旋流器内旋流管为４段式结构ꎬ根据功能不同分别为旋流腔㊁大锥段㊁小锥段和平尾段(见图１)ꎮ油水混合液在压力作用下自进水口高速切向进入旋流腔ꎬ在旋流腔内形成高速旋转的流体ꎬ入口形式是影响旋流管的流场分布及压力损失的重要因素[７]ꎮ锥角是影响旋流管内流场分布㊁动量矩及分离效率的重要因素[８ꎬ９]ꎮ图１㊀旋流管结构示意㊀㊀本文在对入口形式初步优化的基础上ꎬ继续对锥角和入口形式进行优化ꎬ并通过ＦＬＵＥＮＴ软件对该平台的旋流管内部结构进行了优化设计与仿真ꎮ１㊀基础资料１.１㊀水质资料埕岛油田某海上平台三相分离器分出采出水温度:５５ħꎬ油品密度:０ ９１９ｇ/ｃｍ３ꎬ水中含油量:２００~４００ｍｇ/Ｌꎬ悬浮固体含量:３５ｍｇ/Ｌꎮ１.２㊀旋流管尺寸初始旋流管各部分内径㊁长度尺寸见表１ꎬ另外ꎬ大锥角２５ʎꎬ小锥角２ʎꎮ２㊀ＣＦＤ模型建立２.１㊀边界条件(表２)表１㊀初始旋流管结构尺寸ｍｍ表２㊀边界条件参数２.２㊀多相流模型选择 Ｅｕｌｅｒ￣Ｍｉｘｔｕｒｅ 模型计算ꎮ３㊀仿真结果与分析３.１㊀初始旋流管仿真与分析首先对初始旋流管进行建模及流态模拟计算ꎮ根据旋流管内径检测结果建立旋流管三维模型ꎬ对模型进行了网格划分ꎬ网格数量为５０万ꎮ３.１.１㊀旋流管内流场速度矢量速度矢量指标可以用来指示流场内流体的流动方向以及速度大小ꎬ能够直观地判断流态的变化情况ꎬ由图２可以看出ꎬ在大锥段中部截面处ꎬ局部速度矢量方向明显出现不规则偏流ꎬ表明局部流态已发生变化ꎮ这可能是由于在缩颈过程中ꎬ轴向方向上局部产生了不均匀的回压ꎬ造成局部流态的紊乱ꎮ３.１.２㊀旋流管内流场静压力分布进水口横截面静压分布情况见图３ꎬ静压涡核中心与速度矢量中心同样偏向于管体几何中心的右侧ꎬ分析可能是由流场中局部压力不均匀所导致ꎮ３.１.３㊀旋流管内流体轨迹线追踪流体轨迹线指标能够直观地显示出旋流管内流体质子的运动轨迹情况ꎮ如图４所示ꎬ整个截面流场呈现出明显的旋流状态ꎬ但旋涡中心点偏离了旋流管的几何中心ꎮ图２㊀初始尺寸旋流管大锥段截面速度矢量图３㊀初始尺寸旋流管进水口截面静压力分布图４㊀初始尺寸旋流管进水口截面流体轨迹分布３.２㊀大锥角优化仿真结果及分析设计模型将旋流管旋流腔和大锥段长度延长ꎬ锥角缩小至１５ʎꎬ并通过模拟分析考察调整尺寸后旋流管的运行工况ꎮ２０２０年第２０卷第６期环境保护与治理㊀㊀㊀㊀３.２.１㊀旋流管内流场速度矢量由图５可以看出ꎬ调整锥角后ꎬ局部流态紊乱的现象得到明显改善ꎬ在大锥段中部截面处ꎬ流场仍处于明显的旋流状态ꎬ并没有发生明显的偏流现象ꎮ图５㊀调整锥角后旋流管大锥段截面速度矢量３.２.２㊀旋流管内流场静压力分布由图６可以看出ꎬ旋流管内压力分布基本均匀ꎬ静压涡核中心与旋流管体几何中心基本保持一致ꎮ图６㊀调整锥角后旋流管进水口截面静压力分布３.２.３㊀旋流管内流场轨迹线追踪由图７可以看出ꎬ调整锥角后ꎬ整个截面流场呈现出明显的旋流状态ꎬ而且旋涡中心点与旋流管的几何中心轴线基本保持一致ꎮ３.３㊀入口结构优化仿真结果与分析在旋流管外径相同的情况下ꎬ阿基米德螺线形入口导流能力强ꎬ可使混合液获得更长的流道ꎬ在旋流腔内形成稳定㊁有序的旋流流场ꎬ降低液滴剪切破碎的可能性[４]ꎮ前期将旋流管设计为阿基米德螺线形双入口获得了良好的模拟效果[１０]ꎬ本次同样设计为阿基米德螺线形双入口ꎬ考察入口形式和锥角的叠加效果ꎮ图７㊀调整锥角后旋流管进水口截面流体轨迹分布３.３.１㊀入口结构优化速度矢量分布由图８可以看出ꎬ经大锥角和入口结构优化后ꎬ旋流管内呈明显的旋流速度分布ꎬ流态较理想ꎮ图８㊀旋流器中间截面的速度分布矢量３.３.２㊀入口结构优化压力分布由旋流管顶部横截面压力云(图９)可看出ꎬ旋流管内压力自外壁向中心轴线呈逐渐降低的环状梯度分布ꎬ旋流管内压力随着流场流线递减ꎬ压力分布合理ꎮ３.３.３㊀入口结构优化油相浓度分布旋流管横截面油相浓度分布如图１０显示ꎬ油相浓度分布与压力梯度分布具有一定的相关性ꎬ旋流管内油相浓度自中心向外壁逐渐降低ꎬ靠近管壁处油相浓度较低ꎬ靠近中心轴线油相浓度最高ꎮ屈丹龙ꎬ等.油水分离水力旋流器优化设计与仿真图９㊀中间截面的压力分布云图图１０㊀旋流管内油相浓度分布㊀㊀在获得了油相浓度分布差异后ꎬ通过设置在旋流管顶部中心的出油管排出浓度较高的油相混合液ꎬ从而得到良好的油水分离效果ꎮ４㊀结论ａ)埕岛油田某海上平台水力旋流器旋流管内压力分布不均㊁流场紊乱㊁离心力不强ꎬ造成水力旋流器除油效果不理想ꎮｂ)旋流管优化设计后将大锥角由原来的２５ʎ调整为１５ʎꎬ入口形式由单切向入口调整为阿基米德螺旋线双入口ꎬ旋流管内部流场㊁速度㊁压力更为合理ꎬ离心力强㊁稳定性好㊁涡流区域少ꎬ油水分离效果得到提升ꎮ５㊀参考文献[１]㊀ＷｏｌｂｅｒｔＤꎬＭａＢＦꎬＡｕｒｅｌｌｅＹꎬｅｔａｌ.Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｅｓｔｉｍａ￣ｔｉｏｎｏｆｌｉｑｕｉｄ￣ｌｉｑｕｉｄｈｙｄｒｏｃｙｃｌｏｎｅｓｕｓｉｎｇｔｒａｊｅｃｔｏｒｙａｎａｌ￣ｙｓｉｓ[Ｊ].ＡｉｃｈｅＪｏｕｒｎａｌꎬ１９９５ꎬ４１(４１):１３９５￣１４０２.[２]㊀夏福军ꎬ邓述波ꎬ张宝良.水力旋流器处理聚合物驱含油污水的研究[Ｊ].工业水处理ꎬ２００２ꎬ２２(２):１４￣１６.田地面工程ꎬ２０１２ꎬ３１(１１):４９.[４]㊀王振波ꎬ陈磊ꎬ金有海.不同流量条件下导叶式液一液水力旋流器流场测试[Ｊ].流体机械ꎬ２００８ꎬ３６(９):１１￣１５.[５]㊀丁旭明ꎬ王振波ꎬ金有海.两种入口结构旋流器性能对比试验研究[Ｊ].化工机械ꎬ２００５ꎬ３３(２):６９￣７１.[６]㊀李枫ꎬ刘彩玉ꎬ蒋明虎ꎬ等.水力旋流器中阿基米德螺线入口的设计[Ｊ].化工机械ꎬ２００４ꎬ３３(３):１３９￣１４１.[７]㊀蒋明虎ꎬ赵立新ꎬ李枫ꎬ等.液￣液水力旋流器的入口形式及其研究[Ｊ].石油矿厂机械ꎬ１９９８ꎬ２７(２):３￣５.[８]㊀蒋明虎ꎬ刘道友ꎬ赵立新ꎬ等.锥角对水力旋流器压力场和速度场的影响[Ｊ].化工机械ꎬ２０１１ꎬ３８(５):５７２￣５７６.[９]㊀赵立新ꎬ王尊策ꎬ李枫ꎬ等.液液水力旋流器流场特性与分离特性研究(一) 锥角变化对切向速度场的影响[Ｊ].化工装备技术ꎬ１９９９ꎬ２０(４)７￣１０.[１０]龚俊ꎬ叶俊红ꎬ姚明修.基于ＦＬＵＥＮＴ的水力旋流器入口结构参数优化设计流场仿真[Ｊ].山东化工ꎬ２０１９ꎬ４８(６):１８２￣１８４.ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＯｉｌ￣ｗａｔｅｒＳｅｐａｒａｔｉｏｎＨｙｄｒｏｃｙｃｌｏｎｅＱｕＤａｎｌｏｎｇ１ꎬＬｉＹｉ２(１.ＳＩＮＯＰＥＣＯｉｌｆｉｅｌｄＤｅｐａｒｔｍｅｎｔꎬＢｅｉｊｉｎｇꎬ１００７２８ꎻ２.ＳｈａｎｄｏｎｇＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＯｉｌｆｉｅｌｄＰｒｏｄｕｃｅｄＷａ￣ｔｅｒＴｒｅａｔｍｅｎｔａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｏｌｌｕｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌꎬＳＩＮＯＰＥＣＰｅｔｒｏｌｅｕｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｓｉｇｎＣｏｒｐｏｒａ￣ｔｉｏｎꎬＳｈａｎｄｏｎｇꎬＤｏｎｇｙｉｎｇꎬ２５７０２６)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｐｏｏｒｅｆｆｅｃｔｏｆｈｙｄｒｏｃｙｃｌｏｎｅｏｎｏｉｌ￣ｗａｔｅｒｓｅｐａｒａｔｉｏｎｉｎａｎｏｆｆｓｈｏｒｅｐｌａｔｆｏｒｍｏｆＣｈｅｎｇｄａｏＯｉｌｆｉｅｌｄꎬｔｈｅｈｙｄｒｏｃｙｃｌｏｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄｂｙａｄｊｕｓｔｉｎｇｔｈｅｌａｒｇｅｃｏｎｅａｎｇｌｅｆｒｏｍ２５ʎｔｏ１５ʎ.ＴｈｅｉｎｌｅｔｆｏｒｍｗａｓａｌｓｏａｄｊｕｓｔｅｄｆｒｏｍａｓｉｎｇｌｅｔａｎｇｅｎｔｉａｌｉｎｌｅｔｔｏａｎＡｒｃｈｉｍｅｄｅｓｓｐｉｒａｌｄｏｕｂｌｅｉｎｌｅｔ.ＴｈｒｏｕｇｈｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＦＬＵＥＮＴｓｏｆｔｗａｒｅꎬｔｈｅｃｈａｎｇｅｓｏｆｖｅｌｏｃｉｔｙꎬｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｉｎｔｈｅｉｎ￣ｔｅｒｎａｌｆｌｏｗｆｉｅｌｄｏｆｈｙｄｒｏｃｙｃｌｏｎｅｄｕｒｉｎｇｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａ￣ｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄꎬｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｄｔｈｅｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｉｎｌｅｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎｏｆｈｙｄｒｏｃｙｃｌｏｎｅａｎｄｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｃｏｎｅａｎｇｌｅ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｏｆｆｓｈｏｒｅｏｉｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｌａｔｆｏｒｍꎻｈｙｄｒｏ￣ｃｙｃｌｏｎｅꎻＡｒｃｈｉｍｅｄｅｓｈｅｌｉｘꎻｏｉｌ￣ｗａｔｅｒｓｅｐａｒａｔｉｏｎꎻｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ。
旋流式液气分离器的设计
毕业论文(设计)题目名称：旋流式液气分离器的设计题目类型：毕业设计学生姓名：狄磊院(系)：机械工程学院专业班级：装备10901班指导教师：张琴辅导教师：时间：至目录毕业论文（设计）任务书 (Ⅰ)开题报告 (Ⅱ)指导教师审查意见 (Ⅲ)评阅教师评语 (Ⅳ)答辩会议记录 (Ⅴ)中文摘要 (Ⅵ)外文摘要 (Ⅶ)1 绪论 (7)选择旋流式液气分离器的意义 (7)国内外现状和进展趋势 (7)国外现状和进展趋势 (7)国内现状和进展趋势 (9)2 方案论证 (9)旋流式液气分离方案的可行性 (9)旋流式分离器的结构及工作原理 (10)3 分离器的整体设计 (11)旋流器的直径和长度的计算 (11)分离器结构设计 (13)分离器整体结构设计 (13)脱气结构 (15)钻井液入口的尺寸 (15)旋流器的结构设计 (15)外筒体的设计 (17)接口管设计 (18)外部结构 (21)4、要紧零部件的设计及校核计算 (22)筒体和封头的壁厚计算 (22)外容器筒体、封头壁厚计算 (22)旋流器筒体封头壁厚计算 (24)人孔 (25)人孔选择 (25)人孔补强 (26)支座 (26)分离器的总质量 (26)支座的选用及安装要求 (28)5 分离器的安装 (28)焊接 (28)安装顺序 (29)6 壳体的有限元分析 (32)7 总结 (35)参考文献 (37)致谢 (39)附录一 (40)附录二 (43)旋流式液气分离器的设计学生：狄磊，长江大学机械工程学院指导教师：张琴，长江大学机械工程学院【摘要】旋流分离器，是一种利用离心沉降原理将非均相混合物中具有不同密度的相分离的机械分离设备。
在具有密度差的混合物以必然的方式及速度从入口进入旋流分离器后，在离心力场的作用下，密度大的相被甩向周围，并顺着壁面向下运动，作为底流排出；密度小的相向中间迁移，并向上运动，最后作为溢流排出。
如此就达到了分离的目的。
旋流分离技术可用于液液分离、气液分离、固液分离、气固分离等。
多管旋风分离器的设计计算公式
多管旋风分离器的设计计算公式多管旋风分离器的设计计算公式是根据气体和固体颗粒的流动特性和分离原理进行推导的。
该分离器通过产生旋流在固体颗粒与气体之间产生离心力，使得固体颗粒被扔到分离器的外墙，而纯净的气体则从分离器的上部排出。
以下是多管旋风分离器的设计计算公式：1.设计分离器尺寸：-内径(D)：根据气体流量和分离效果要求来确定，通常选择在100mm到2000mm之间。
-高度(H)：根据气体流速和旋流的惯性力要求来确定，通常选择在2到4倍D之间。
2.分离器的旋流衰减公式：- Vc = K * (Q / A) ^ (2/3)其中，Vc是旋流速度(m/s)，K是校正系数（通常在0.35到0.55之间），Q是气体流量(m^3/s)，A是旋流器断面积(m^2)。
3.分离器的分离效率公式：- η = 1 - exp(-0.35 * B * (Vc / U) ^ (0.35 - 0.159 * log10(Vc / U)))其中，η是分离效率，B是分离器高度与内径的比值(H/D)，U是分离器的总进气速度(m/s)。
需要注意的是，以上公式是基于经验公式和试验结果得出的，并具有一定的应用范围和适用条件。
在实际设计中，还需要考虑分离器的材质、结构和运行参数等因素，以确保设计的有效性和可靠性。
另外，关于多管旋风分离器的设计拓展，可以考虑以下方面：-分离器的材质选择：根据分离介质的性质和工况条件，选择合适的耐磨、耐腐蚀材料，如不锈钢、钛合金等。
-分离器的结构改进：优化旋流器的结构和尺寸，增加分离效率和处理能力，如采用多级分离器、多出口设计等。
-分离器的控制和优化：结合自动化控制和流体力学模拟技术，优化分离器的运行参数和分离效果，提高分离器的稳定性和可调节性。
-分离器的节能降耗：采用节能措施，如热回收和余热利用，减少分离器的能耗和环境影响。
-分离器的应用领域拓展：除了气固分离外，还可以应用于气液分离、液固分离等领域，如石油化工、环保工程等。
旋流器选型设计计算
一、输入参数：（在淡绿色的格子内输入数据）日处理量：1200d/t小时处理量：50d/t给矿浓度：45%溢流浓度：30%底流浓度：矿石比重 2.9矿浆比重 1.42矿浆时流量：235.06m3/h 日流量：5641.38m3/d 循环量：旋流器锥角：20°旋流器直径：500mm单台能力：220m3/h1219cm 188cm 旋流器压力：0.15Mpa 292.20m3/h；共需台数：1.33台43.35μm二、旋流器计算(1)选择旋器直径，计算旋流器体积处理q V =292.20m3/hKa=0.995K D =0.824d f ——给矿口当量直径，cmd f =17.04b、h——分别为给矿口宽度和高度，cm;旋流器溢流管、沉砂管直径旋流器给矿口宽、高 式中 q V ——按给矿体积计的处理量，m 3/h;K a ——水力旋流器锥角修正系数；K D ——水力旋流器直径修正系d95溢流上限粒度 ：单台旋流器计算处理能力：旋流器选型设计p o ——旋流器给矿口工作压力，MPa; d o ——溢流管直径，cm;D——旋流器筒体直径，cm.(2)按样体给出的范围确定沉砂口直径，并验算其单位截面积负荷(按固体量计)，使其在0.5~2.5t/(cm 2·h)范围内。
(3)计算旋流器实际需要的给矿压 (4)计算溢流上限粒度d 95,使其满足溢流粒度的要求。
旋流器给矿及溢流中各个不同粒级含量之间关系可参见表2。
d 95=43.35粒级/μm-7410203040506070-40 5.611.317.32431.539.548-2013172326上限粒度，d 95430320240180含量/% 式中 d 95——溢流上限粒度，μm;C f ——给矿重量浓度，%； d u ——沉砂口直径，cm;ρ——矿浆中固体物料密度，t/m3; D、d o 、p o 、K D 、——同式(1).表2 旋流器给矿及溢流中各个不同粒级含量之间关系公式：R = [δ（δn －1）／δn （δ－1）]×100%60%矿浆浓度R=0.45；矿比重δ= 2.9δn=1.4180933公式：浓度R =0.45；干矿重Q=1200矿浆比重δn =1.42a=1880.46a=Q/Rδn 输入变量：求： 矿浆比重 δn？ 已知：，矿浆浓度 R， 矿比重δ即：δn=δ/（R（1-δ）+δ）输入变量：求： 矿浆量a m3 ？ 已知：矿浆浓度R，干矿重Q t； 矿浆比重量之间关系8090955871.580.53546551409474。
旋液式油水分离器的设计
目录任务书 (I)开题报告 (III)指导老师审查意见 ............................................................................................................. X I 评阅老师评语 .................................................................................................................... X II 答辩会议记录 (XIII)中外文摘要 (XIV)1前言 (1)2.选题背景 (2)3方案论证 (5)3.1油水分离器的主要特点 (5)3.2工作原理 (6)4.旋液式油水分离器结构 (8)5.旋液分离器尺寸的计算 (9)5.1主直径的选取 (9)5.2旋流器其它结构参数的设计 (10)5.3溢流口流量和底流口流量的计算 (13)6.水力旋流器的制造和安装 (14)6.1 水力旋流器在制造上的要求 (14)6.2材料选择 (15)6.3 常用的制造方法 (16)6.4安装 (18)7几何参数对水力旋流器性能的影响 (18)7.1进料口尺寸 (18)7.2旋流器直径 (19)7.3锥角 (19)7.4溢流管尺寸 (19)7.5底流口尺寸 (19)8操作参数对水力旋流器的影响 (19)8.1分离效率与进口流量之间的关系 (19)8.2分流比F与分离效率之间的关系 (20)8.3分流比与压降比之问的关系 (20)9.影响旋流器分离效率的因数 (21)9.1旋流器的准数 (21)9.2主要影响因素 (21)9.2.1 尺寸变量 (21)9.2. 2操作变量 (23)9.2. 3物性变量 (23)10.结论和认识 (24)参考文献 (25)致谢 (26)1前言水力旋流器(Hydrocyclonc)是一种分离非均相液体混合物的设备，它是在离心力的作用下根据两相或多相之间的密度差来实现两相或多相分离的。
水力旋流器分流比
水力旋流器分流比
水力旋流器是一种常见的分离设备，主要用于固液和液液分离。
在水力旋流器中，分流比是一个重要的操作参数。
分流比是指进入旋流器的两种液体（或固体）流量之比。
通常情况下，分流比越大，分离效果越好。
但是，当分流比超过一定值时，分离效果反而会变差。
因此，选择合适的水力旋流器分流比非常重要。
在水力旋流器的设计和操作中，需要根据具体的分离要求来选择合适的水力旋流器分流比。
一般来说，分流比的选择应该根据几个因素来考虑：
1. 进料的性质：包括进料的浓度、粒度分布、密度等。
2. 分离要求：包括分离效率、分离粒度等。
3. 设备类型：不同类型和规格的水力旋器，其最佳分流比可能有所不同。
因此，选择水力旋流器分流比需要根据具体情况来进行，以达到最佳的分离效果。
水力旋流器
水力旋流器目录水力旋流器构造及原理：流体运动的基本形式单元参数设计技术参数：水力旋流器简史水力旋流器水力旋流器水力旋流器[1]是利用离心力来加速矿粒沉降的分级设备，它需要压力给矿，故消耗动力大，但占地面积小、价格便宜，处理量大，分级效率高，可获得很细的溢流产品，多用于第二段闭路磨矿中的分级设备。
水力旋流器是用于分离去除污水中较重的粗颗粒泥砂等物质的设备。
有时也用于泥浆脱水。
分压力式和重力式两种，常采用圆形柱体构筑物或金属管制作。
水靠压力或重力由构筑物（或金属管）上部沿切线进入，在离心力作用下，粗重颗粒物质被抛向器壁并旋转向下和形成的浓液一起排出。
较小的颗粒物质旋转到一定程度后随二次上旋涡流排出。
构造及原理：水力旋流器由上部一个中空的圆柱体，下部一个与圆柱体相通的倒椎体，二者组成水力旋流器的工作筒体。
除此，水力旋流器还有给矿管，溢流管，溢流导管和沉砂口。
水力旋流器用砂泵（或高差）以一定压力（一般是0.5～2.5公斤/厘米）和流速（约5～12米/秒）将矿浆沿切线方向旋入圆筒，然后矿浆便以很快的速度沿筒壁旋转而产生离心力。
通过离心力和重力的作用下，将较粗、较重的矿粒抛出。
水力旋流器在选矿工业中主要用于分级、分选、浓缩和脱泥。
当水力旋流器用作分级设备时，主要用来与磨机组成磨矿分级系统；用作脱泥设备时，可用于重选厂脱泥；用作浓缩脱水设备时，可用来将选矿尾矿浓缩后送去充填地下采矿坑道。
水力旋流器无运动部件，构造简单；单位容积的生产能力较大，占面积小；分级效率高（可达80%～90%），分级粒度细；造价低，材料消耗少。
悬浮液以较高的速度由进料管沿切线方向进入水力旋流器，由于受到外筒壁的限制，迫使液体做自上而下的旋转运动，通常将这种运动称为外旋流或下降旋流运动。
外旋流中的固体颗粒受到离心力作用，如果密度大于四周液体的密度（这是大多数情况），它所受的离心力就越大，一旦这个力大于因运动所产生的液体阻力，固体颗粒就会克服这一阻力而向器壁方向移动，与悬浮液分离，到达器壁附近的颗粒受到连续的液体推动，沿器壁向下运动，到达底流口附近聚集成为大大稠化的悬浮液，从底流口排出。
毕业设计（论文）-重介质选煤三产品重介质旋流器设计
目录目录 (I)摘要 (1)Abstract (2)1 文献综述 (3)1.1 选煤工艺的发展 (3)1.2 重介质选煤的特点及应用 (4)1.3 重介质选煤工艺 (5)1.4 课题选题背景及主要内容 (6)1.4.1 课题选题背景 (6)1.4.2 课题主要内容 (7)2 旋流器基本理论 (8)2.1 重介质旋流器分选机理 (8)2.2 三产品重介质旋流器 (9)2.2.1 三产品重介质旋流器工作原理 (10)2.2.2 三产品重介质旋流器的结构 (10)2.2.3 三产品重介质旋流器的特点 (12)2.2.4 旋流器的工艺调试方法 (14)2.3 重介质选旋流器分选效率 (15)2.3.1 分选效率评定方法 (16)2.3.2 影响重介质旋流器分选效果的因素 (16)3 三产品重介质旋流器选型计算 (18)3.1 旋流器处理能力的确定 (18)3.1.1 理论分析 (18)3.1.2 旋流器处理能力的计算 (22)3.2 悬浮液浓度计算 (23)3.3 重介质旋流器入料方式 (23)3.4 设计洗煤厂规格 (24)3.5 洗煤厂重介质旋流器的选型 (24)4 三产品重介质旋流器的结构设计 (26)4.1 三产品重介质旋流器的主要尺寸 (27)4.2 入料口直径 (27)4.3 溢流口 (28)4.3.1 与生产能力的关系 (28)4.3.2 与分流比的关系 (28)4.3.3 与分离粒度的关系 (29)4.3.4 与分离精度的关系 (29)4.4 二段旋流器锥比 (30)4.5 两段旋流器的间联接管 (30)4.6 底流口 (30)4.6.1 与生产能力的要求 (31)4.6.2 与分离粒度和分离效率的关系 (31)4.6.3 与分流比的关系 (31)5 总结 (32)6 致谢 (33)7参考文献 (34)摘要煤炭是工业的“粮食”，是我国最主要的能源，它占我国能源生产和消耗均在75%以上。
随着采煤机械化程度的提高和地质条件的变化，原煤质量有逐渐恶化的趋势，选煤是提高煤炭质量的最重要手段，是煤炭工业的重要生产环节。
旋流器
重介质旋流器摘要随着重介质旋流器设备生产的标准化、流水线化，设备本身很难完全适应实际的煤质情况，因此设计制造与入选煤煤质相适应的重介质旋流器显得尤为重要。
本课题主要研究开滦集团公司各选煤厂不同煤质条件下不同规格型号重介质旋流器的结构参数、操作参数与其分选效果差异的关联性。
通过各厂数据综合对比，对各因素影响分选效果进行灰色关联分析，选择旋流器直径、旋流器长度、溢流口直径这三个设备结构参数，入介压力、实际干物料处理量、悬浮液体积浓度这三个操作参数以及可选性这个煤质条件作为影响分选效果的因素。
通过关联程度分析，对于可能偏差关联度最大的是旋流器长度；对于精煤错配物，与之关联度最大的是悬浮液体积浓度；对于数量效率影响最大的因素是旋流器直径。
用Matlab作为数学工具进行回归分析，建立关于旋流器长度、旋流器直径、实际干物料处理量和溢流口直径的一次多分量回归方程。
建立数量效率与可选性、悬浮液浓度以及平均粒径之间的关系模型，在旋流器直径为1300mm条件下，建立旋流器溢径比-数量效率关系模型，建立旋流器直径、旋流器长度和可能偏差三者之间模型。
该论文有图3幅，表126个，参考文献54篇。
关键词：重介质旋流器；分选效果；灰色关联分析；回归分析；数学模型IAbstractWith the standardization and streamline production of the dense medium cyclone ，it’s difficult for the equipment to adapt to the coal properties.So it’s important to design and create the dense medium cyclone that meets the coal quality. This thesis mainly did the research about the relevance of dense medium cyclones of different specifications’s structural parameters, operating parameters and separation effect under the condition of different coal quality.Contrast the datas of each plant comprehensively and analyze the factors that affect the separation effect using grey relation analysis. Choose these three equipment structure parameters, diameter , length of swirler and overflow mouth diameter, three operating parameters, pressure of dense medium, the throughput of actual dry material, the volume concentration of suspending liquid and coal’s washability as factors that affect the the separation effect.Through the correlation degree analysis, for probable deviation,the factor of most relevance is the length of the cyclone,for cleans mismatch, the factor of most relevance is the volume concentration of suspending liquid,and the diameter of swirler has the most effect on quantity efficiency.Using mathematical tool Matlab to do the regression analysis, establish simple and many components regression equation about the diameter , length of swirler, the throughput of actual dry material and overflow mouth diameter, establish the relational model of quantity efficiency, washability, the volume concentration of suspending liquid and average particle diameter, establish the relational model of hydrocyclone overflow diameter ratio and quantity efficiency , establish the relational model of the diameter , length of swirler, probable deviation.There are 3 figures, 126 tables and 54 references in the thesis. Keywords: dense medium cyclone; separation effect; grey relation analysis; regressionanalysis; mathematical modelII1 绪论1 Introduction1.1 研究背景及意义（Research Background and Significance）煤炭是我国的主体能源，占我国一次能源消费总量的近70%。
旋流器给矿浓度计算
选矿厂常用数据的计算方法
旋流器给矿浓度计算，需要知道的数据如下
1 旋流器的给矿流量
2 旋流器的溢流流量
3 旋流器的溢流浓度
4 旋流器的沉砂浓度
5 矿石的密度
旋流器的给矿流量=旋流器的沉砂流量+旋流器的溢流流量 这里所述的流量均为体积流量，需要将体积流量转化为质量流量。
矿浆浓度）（矿石密度矿浆浓度体积流量质量流量-11
*+=
根据这个公式可用计算出，旋流器沉砂和旋流器溢流的质量流量，旋流器沉砂和溢流的体积流量通过流量计可用直接得到
沉砂的浓度沉砂的质量流量沉砂的干矿量*=
溢流的质量流量沉砂的质量流量溢流的干矿量
沉砂的干矿量旋流器的给矿浓度++=
给矿的干矿量沉砂干矿量
返砂比=
给矿水流量沉砂的质量流量给矿量沉砂的干矿量
给矿量磨矿浓度+++=
例题如下
多宝山现场，3系列沉砂浓度76%，给矿量285t/h, 旋流器给矿流量1250立/h, 溢流流量600立/h,给矿水30t/h,泵池补加水420t/h,矿石密度为2.72，通过以质量计算相关的参数？
旋流器的给矿流量1250立/h
溢流流量600立/h
沉砂流量650立/h
）（溢流的质量流量%8.37-172.2%8.371
*600+=
溢流的质量流量=792t/h
沉砂的质量流量=1252t/h
溢流的干矿量=792*37.8%=299.6t
沉砂的干矿量=1252*76%=951.52t
旋流器的给矿浓度=（299.6+951.52）/(792+1252)=61.2%
返砂比=951.52/285=3.34
30125228552
.951285+++=磨矿浓度
磨矿浓度为78.91%。
旋流风口选型计算
旋流风口选型计算以旋流风口选型计算为标题，本文将从旋流风口的基本原理、选型依据和计算方法等方面进行阐述。
一、旋流风口的基本原理旋流风口是一种常用的气体调节装置，通过其特殊的结构设计可以实现气体流动的调节和分流。
其基本原理是利用旋流器产生的旋转气流，通过调节旋流风口的开度来控制气体的流量和方向。
旋流风口由进气和出气两个口组成，中间通过旋流器连接。
当气体经过旋流器时，由于旋转力的作用，气流被分成两个部分，一部分从进气口进入旋流器，形成旋转的中心气柱，另一部分则从中心气柱的周围进入旋流器，形成旋转的外围气流。
通过调节旋流风口的开度，可以控制中心气柱和外围气流的比例，从而达到调节气体流量和方向的目的。
二、旋流风口的选型依据1. 气体流量：根据实际需要确定所需的气体流量，作为选型的基础。
通常根据工艺要求、系统设计和设备特性等因素进行计算。
2. 压力损失：旋流风口在气体流动过程中会产生一定的压力损失，需要考虑系统的压力需求和风口的阻力特性，选择合适的风口类型和尺寸。
3. 温度和介质：对于高温、腐蚀性介质或特殊气体，需要选择适应性好的材料和结构，确保旋流风口的稳定性和耐久性。
4. 噪音和振动：旋流风口在工作过程中可能会产生噪音和振动，需要考虑周围环境和设备要求，选择低噪音和低振动的风口型号。
三、旋流风口的选型计算方法1. 确定气体流量：根据实际需要确定所需的气体流量，单位为立方米/小时或标准立方米/小时。
2. 计算速度和压力损失：根据气体流量和管道直径等参数，计算气体的速度和压力损失。
可以使用流体力学公式或专业软件进行计算。
3. 选择风口类型：根据气体流量、压力损失和其他选型依据，选择合适的风口类型。
常见的旋流风口类型有固定式旋流风口、可调式旋流风口和自动调节旋流风口等。
4. 确定风口尺寸：根据实际需要和选型依据，确定旋流风口的尺寸。
通常根据标准尺寸进行选择，也可以根据特殊需求进行定制。
5. 验证计算结果：根据选型计算结果，进行验证和调整。
加强型旋流器特殊单立管排水系统技术规程
加强型旋流器特殊单立管排水系统技术规程一、技术概述加强型旋流器特殊单立管排水系统技术是一种通过旋流化处理水流，使其在在单立管管道内快速排空的技术。
该技术将旋流器与特殊的单立管排水系统结合，实现了对于小面积排水场所的高效排水。
二、技术方案1、旋流器的设计旋流器是本技术中的核心部分，它通过将水流放置于高速旋转的圆筒内部，使得水流分离，从而满足高效排水的需求。
旋流器的原理是通过将水流投入到旋转的圆筒内部，由于旋转的惯性力，水流向周围边缘迅速移动，在边缘遇到阻力时，水流被迫弯曲，从而产生涡流和旋转流，将气泡、沙土等杂质分离，从而使得水流达到可排水的效果。
2、单立管控制系统的设计单立管排水系统是靠重力排水的系统，设计中要注意排水的速度、渡口的高度以及管道壁的摩擦力等因素。
在单立管排水系统中，由于系统只采用一个管道进行排空，因此需要结合多种因素来有效控制排水的速度，例如管道横截面大小、水位高度、波动等因素。
在单立管的设计中，还需要考虑管道壁的摩擦力，因为随着水流的不断流动，管道壁的摩擦力也在不断增加，因此需要做好防滑和防腐蚀处理。
三、技术优点1、高效率：旋流器可以快速分离水流中的杂质，使得水流能够快速排出，从而大大提高排水效率。
2、小面积使用：单立管排水系统可以在小面积的场所使用，对于一些小型场所有着非常高的适用性。
3、节省成本：该技术采用一根管道进行排泄，与传统的双管排水系统相比，具有更低的成本和更小的占地面积。
4、使用维护方便：传统的双管排水系统，存在较大的维护难度，而单立管排水系统在使用和维护上较为方便。
四、技术应用领域该技术主要适用于一些小型场所，例如住宅内的浴室、地下车库等，可以有效解决小面积排水问题。
五、技术总结。
柱式气液旋流分离器设计
柱式气液旋流分离器结构设计柱式气液旋流分离器设计【摘要】平衡钻井技术有利于防止钻井液漏失、能及时发现和保护油气层，并能提高机械钻速等。
但是由于欠平衡装备价格昂贵，制约着这一技术的发展。
鉴于这种现状，自行设计了台应用于欠平衡钻井的管柱式气液旋流分离器。
管柱式气液旋流分离器是一种带有倾斜切向入口及气体、液体出口的垂直管。
它依靠旋流离心力实现气、液两相分离，与传统的重力式分离器相比，具有结构紧凑、重量轻、投资节省成本等优点，是代替传统容积式分离器的新型分离装置。
在气液两相旋流分析的基础上，建立了预测分离性能的机理模型，该模型包括了入口分离模型、旋涡模型、气泡及液滴轨迹模型；依据机理模型，提出了管柱式旋流分离器工艺设计技术指标和工艺步骤.设计根据管柱式旋流分离器的机理模型以及设计工况，完成了管柱式旋流分离器的结构设计、强度分析、理论校核、焊接工艺设计以及分离器内气液两相流的数值模拟，为工程设计和理论设计提供一定的理论依据。
【关键词】欠平衡钻井技术旋流分离器气液两相流动分离机理模型设计Gas-liqulid Cylindrical CycloneAuthor: Wang maohui(School of Mechanical Engineering, Yangtze University) Tutor: Feng Jin (School of Mechanical Engineering, Yangtze University)【Abstract】The balanced well drilling technology is advantageous in preventing loss of circulation, can promptly discover and protect hydrocarbon zone ,also can enhance the penetration rate. But the expensive under balance equipment has restricted this technology’s s development. In view of the situation,I designed a gas-liqulid cylindrical cyclone independently for the balance under drilling .The GLCC is one kind has leans the bevelling to the entrance and the gas, the liquid exportation hangs the ascending pipe. It can realize the gas-lip fluid separation depends upon the cyclone centrifugal force. compared with the traditional gravity type separator, which has the compact structure, the lighter weight, the smaller investment and so on.It’s a new disengaging equipment which replace the traditional volume type separator. On the basis of the gas-liquid two-phase cyclone analyses , has established the forecast separation performance mechanism model, this model include the entrance separation model, the whirlpool model, the air bubble and the bubble path model; Based on the mechanism model, proposed the tube column type cyclone separator technological design technical specification and the craft step.The design basis tube column type cyclone separator mechanism model as well as the design operating mode, has completed the tube column type cyclone separator structural design, the intensity analysis, the theory examination, in the welding technological design as well as the numerical simulation of the gas-liquid two phase floe in the separator simulations, provide the certain theory basis for the engineering design and the theoretical design.【Key words】:Under balanced drilling technology ，cyclone separator, Gas-Liquid two-phase flow, separation mechanism odel ，Design柱式气液旋流分离器结构设计目录柱式气液旋流分离器设计 (1)绪论 (2)欠平衡钻井技术的发展现状和前景 (5)1、设计背景 (6)1.1 选择气液旋流分离器的意义 (6)1.2 气液旋流分离器的国内外研究现状 (7)2、方案论证 (8)2.1 旋流式气液分离方案的可行性 (8)2.2 旋流式分离器的结构及工作原理 (9)2.3 旋流式分离器的优缺点 (9)3、结构分析及设计 (10)3.1 入口设计分析 (10)3.1.1入口管分析 (10)3.1.2入口喷嘴分析.............................................................. 错误！未定义书签。
旋流器中较强旋液体流动的数值计算
A辑第14卷第3期 水动力学研究与进展 Ser.A,V o l.14,N o.3 1999年9月 JOU RNAL O F H YDROD YNAM I CS Sep.,1999旋流器中较强旋液体流动的数值计算α李建明(四川大学化工机械系,成都610065)戴光清 吴持恭(四川大学高速水力学国家重点实验室,成都610065)陈文梅(四川大学化工机械系,成都610065) 摘 要 本文针对水力旋流器中存在着较强旋流,从而引起各向异性湍流流动的特点,以强旋流场的代数应力模型为基础,得出可模拟水力旋流器中液相湍流流动的各向异性的k2Ε模型,成功地计算出其流场中的速度分布,计算结果同用L D A所测得的结果比较一致。
关键词 数学模型,湍流,旋流器分类号 O357.50 引言两相湍流理论是水力旋流器的重要分离理论之一,其研究方法分两大类,即修正系数法和现象模型法。
现象模型法以旋流器中的流场计算为基础,近年来发展较快。
文献[1]曾用涡流函数法和混合长模型对水力旋流器中的湍流作了数值模拟,其结果与实测值比较一致,该模型采用的混合长得通过实验来确定。
文献[2]建立了各向异性的k2Ε模型,成功地计算出小水力旋流器中的流场分布,然而,其雷诺应力的代数表达式比较复杂,计算量也较大。
k2Ε模型与代数应力模型相比,计算工作量较小,收敛速度较快,但由于属于各向同性模型,对于内部存在较强旋流的水力旋流器而言,其模拟的精度较差。
本文的目的就在于试图对各向同性的k2Ε模型进行改进,提出一种模型,既考虑了水力旋流器中较强旋流造成的各向异性湍流的影响,同代数应力模型相比又减少了计算工作量。
1 数值模拟除进口段外,水力旋流器中的大部分区域的流场是轴对称的,因此,为了使计算模型简化,α可假定水力旋流器中的流场为轴对称的,这样就可以用三维轴对称计算模型来描述其中的流动。
如图1所示,分别以x ,r 和Η为轴向,径向和切向坐标,以u ,v 和w 分别表示轴向,径向和切向速度,忽略重力影响,则可得到三维圆柱坐标系的标准k 2Ε模型。
旋流器的特征压降比
旋流器的特征压降比牛;一幕蒌}i;蒉olL石FIE油LD矿场EQ机Ul‰ENTD圈蕊D文章编号:10013482(2000)06—00,13—03旋流器的特征压降比兰(石油大学(华东)智运工程乐.山东东营257062)砸f,摘要:通过害骚研宄提出了袁征旋流器性能的特征每融:特征五降此R=特征压降地R与水力旋流器曲揖作毒数【l流量)无击,仅与旋流器的主体结构且寸有芒对于主体结均寸为D./D=O651,DiD=05,D/D=2.0,I~/D=2.0,L~/D=gO,.=20和卢__1.的旋流器.R=115特征压哗}匕日9研究,舟析.青曲于对硅嚣离性能的研究和裢流嚣结构优亿关键词生垫特征;兰暨参敷乎缸孟哼姆,,k旋;沈誊中圈分类号:TE94.01文献标识码:A. Thepressuredroprationumberofahydr0cycloneLIZj-1f(DepartmentofStorageEngineeringUniversityofPetr~deum(Huadong).Dt mgying257062China)Abstract:ByexperJmentalresearch,aPressureDropRarioNumber()wasest ablished,ThenumberR isindependentontheinletflowrateofahydrocycloneItisonlyassociatedwitht hestructureofthehydrocyclone.ForahydrocyclonewhichhasthestructureofD./D=0.651,D/ D=05,Ds/D=2.0,Ls/D一 2.0,L/D=20,a一20.and卢一15.,thenumberRis1.15.Thenumberwillbenefittothe researchandoptimizationofthestructureofahydrocyclone. Keywords}hydrocyclone;structure;characteristic;performance;paramete r水力旋流器是一种将流体的压力能转变为流体的动能,进而在离堂直场中实现对两相或多相混合液体的浓缩或选择性分离的设备.显然,在水力旋流器的工作过程中,各种各样的能量损失是不可避免的.提高旋流器的分离效率,降低旋流器的能蹙消耗,一直是水力旋流器科研工作者的奋斗目标.一般认为,旋流器的壁面粗糙度,几何形状及尺寸,流体粘性等都会影响到其分离效率和能量损失.因此,人们在研究旋流器性能时,总是希望能用某些特征参数,准则数对旋流器给以综合评价.例如,在固渣分离旋流器研究中,人们应用了斯托克斯数.并提出了旋转数的概念在液液分离旋流器研究中,人们又提出了水力旋流器数.笔者在英国Bradford大学访问期间,在M.T.Thew教授的指导下,与其他研究人员一起对旋流器压力降沿旋流器轴向的变化情况和溢流孔径对压降的影响进行了较为细致的实验研究,得出了对于分析旋流器性能十分有益的数据和结论.在实验研究的基础上,提出了旋流器特征压降比的概念1实验装置及实验情况该实验系统建于英国Bradford大学机械与制造系流体力学实验室,它是旋流器流场测试实验架的一部分.实技木的研究及”油库设计与管理,腐蚀与防l茵城市靛气}鸯配等课程的教学工作44-OILFIELDEQUIPMENT2000V0【.29№6的直径,mmF2)Ls,工分别为圆柱涡旋腔室,尾直管的长度,mm3),分别为大罐管,小锥管的垒锥角图1实驻漉程示意实验系统包括1台远控变频调速多级离心泵,2个分别安装在旋流器入口和溢流口的涡轮流量计. 沿透明旋流器轴向设有包括入口测压孔,溢流口测压孔,底流测压孔在内的9个静压测量孔,用以测量沿旋流器轴向压降变化规律及入口,溢流口和底流口3个压力之问的关系.沿轴向分布的静压测量孔的直径为≠O.5mm,其中心线与旋流器中心线垂直.各点静压的测量采用多点转换装置,可将压力引入同一块压力表.多点测压共用同～块压力表,避免了零点误差问题.旋流器采用2个对称布置的圆柱形切向入口,每个入口的直径为≠1l,4mm.在底流和溢流口附近安装球阀,用来调节旋流器的分流比.实验之前,对流量计进行了标定检验.实验过程中,入口流量通过泵转速的变频调节加以控制,分流比的改变通过调节底流阀门和溢流阀门的开度来实现问门开度的调节会引起入口流量的变动,因而需要多次重复调整泵的转速和底流,溢流阀门的开度,以便达到预期的实验流量和分流比.另外,需要说明的是,实验中采用的溢流孔直径分别为Do一4mm,6mm,8mm,溢流孔板为可更换的有机玻璃板,其厚度为15mm.因而,改变溢流孔径的大小,使得溢流孔通道的长径比L/D.也有所变化.具体数值如表2.表2溢流孔参数溢流L径D./ram溢流孔长度L./ram溢流孔长径比2特征压降比图2给出了入口流量Qi一70L/rain时,3种不同溢流口径情况下压降比R与分流比Rf之间的关系.这里+压降比与分流比RI定义为]R一一(A～P.)/(—P),式中,…P,P分别为旋流器入口,溢流[1,底流【=『的压力.Rr—Q/Q.,式中,Q,Q,分别为旋流器入口,底流口的流量6.0}.qⅢ.|=‘/0L/rain:/-.2OA6一....?.‘-0’图2压降比R与分流比Rf的关系正如所预料的那样.对于最小孔径的溢流嘴,曲线最陡;最大孔径溢流嘴,曲线最平缓.表明溢流孔直径越小,对应于同样分流比,流动损失越大.当Rt一100时,不同孔径溢流口的曲线都趋于同一个值R≈1.15.非常有意义的是,当改变入口流量时,上述结论仍然成立.实验数据如表3,当入口流量Q分别为3O,40,5O,6O,70L/rain,及溢流孔径分别为4,68mm时,所有的压阵比实测值在Rf一100时都基本保持一个常数.表明旋流器在Rf一1oo时的压降比与旋流器入口流量无关,仅与其主体结构有关,该压降比可表征水力旋流器的流动特性.定义Rf一1OO时水力旋流器的压降比为特征参数R,称之为水力旋流器的特征压降比.特征压降比与旋流器的操作参数(入口流量)无关,而应当与旋流器主体结构尺寸存在某种函数关系,,即R可表示为R=f(D,/D,DJD,D§}DLs/D,LD,a,81t表3分流比R100时压降比实铡值在误差范围内tR≈1,O～1.2,可取R一1.15.丑毒田李自力:旋沲器的特征皿降比确定旋流器的特征压降比R对于研究和评价旋流器的分离性能是十分有益的LL~i],可以建立旋流器最佳分离效率与特征压降比R的关系,通过分析R间接得出旋流器的性能指标.因为R的测定P分简便,准确,有利于旋流器结构优化的实验研究.另外,从实验数据看.与入口流量大小无关,所R是表征旋流器几何结构的一个特征量这一参量与其他特征量.如,旋转数SL(Swirl Number),水力旋流器数Hyn(Hydrocyclone Number)等不同,旋转数s和水力旋流器数Hy或只有理论计算值,或不便于直接从实验旋流器上准确测得,因而难以在实验研究中评估设计旋流器与实际加工成形的旋流器之间到底有多大差别.特征压降比R可通过实验测定,既方便了旋流器结构优化筛选实验研究,又可与理论设计计算值作直接的对比+有利于旋流器设计计算方法的改进当然,目前只是从实验现象中发现了R这一参数及其特征, R的理论计算还有待于今后结合旋流器流场测试及流场数值计算等工作的深入进行+从而给出R的理论计算公式,确定R与水力旋流器主体结构之间的定量函数关系.3结论及建议1)旋流器存在表征其性能的特征参数即特征压降比R.2)对于主体结构如表1所示的水力旋流器,特征压降比R一1.15.3)对特征压降比的研究,分析.有助于对旋流器分离性能的研究和结构优化.4)建议对待征参数R在理论上=做更加深入的研究.参考文献:[1:MeldrumN.Hydroeyclones:AsolutionIoproduced watertfeafmentfA]()’5594.Proceedingsof19th()Tc[c]:Houston,1987.[2]SvarovskyISelectionofhydrocyclonedesignand operationusingdimensionlessgroups[A]- Proceedingsof3rdInternationalConferenceOn Hydrocyclones[C3.Oxford,England,】98715 [3]SmallDM,FittAD,ThewMT.Theinfluenceof swirlandturbulenceanisotropyo/1CFDmodelingfor hvdrocyclones[A].ProceedingsofHydrocyclones’96[c].Cambridge:England.1996.49—61.14]ColmanDA—ThewMT,LloydDDTheconceptof hydrocyclonesforseparatinglightdispersionsand comparisonoffielddatawithlaboratorywork[A]Proceedingsof2ndInternationalConferenceo/1 HydrocyclonesLc]:BathtEngland—l984.217232.欢迎订阅《液压气动与密封》期刊《液压气动与密封》杂志创刊于1981年,是全面报道我国液压气动与密封技术及其应用的技术性刊物,由中国液压气动密封件工业协会主办.本刊为双月刊,大16开本,每逢双月出版,国内外公开发行.国内统一刊号{CN14—1156/TH,邮发代号{22—62.国际标准刊号:ISSN1008—0813,国外代号:BM4757.每期定价5.00元,全年订价$3O..0元.本刊办刊宗旨是:面向基层,面向实践,理连和实践相结合,努力为我国工业与液气密封技术的发展服务主要栏目有:综合报道,专题综述,基础理论,四新,设计计算,实验研究,工厂实践,工程应用,计算机技术应用,国内外技术信息,行业动态,科学管理等主要读者对象:从事液压,气动及密封技术的工程技术人员,企业管理干部,大专院校的师生及企业生产工人等.《液压气动与密封》为了沟通产,供,销渠道,提高产品和厂家的知名度,扩大产品销售,经工商局批准,承接国内外液压,气动与密封和其他产品的广告. 地址:E海市定西路400号电话:(021)62802803 邮政编码{200052传真:(021)6280280362802801 主编:范崇托联系人:张士才,曹佩娟。
三级旋流器的设计及其流场模拟
三级旋流器的设计及其流场模拟2010年10月沈阳航空工业学院第27卷第5期JournalofShenyangInstituteofAeronauticalEngineeringOct.20l0V o1.27No.5文章编号:1007—1385(2010)05—0038—04三级旋流器的设计及其流场模拟吴振字王成军王丹丹(沈阳航空航天大学动力与能源工程学院,辽宁沈阳110136)摘要:利用UG软件建立三级旋流器模型燃烧室的几何模型,采用四面体非结构网格划分方法,生成网格计算模型,应用Realizablek一8湍流模型对该模型燃烧室的冷态流场进行数值模拟.研究结果表明:与旋流器其它参数相比,各级旋流器之间的流量分配对三级旋流器的流场特性(如回流区范围和中心速度分布)有较大的影响.深化了对三级旋流器各种设计参数的认识,有助于实现三级旋流器的进一步优化设计.关键词:航空发动机;燃烧室;数值模拟;三级旋流器中图分类号:V231.2文献标识码:Adoi:10.3969/j.issn.1007—1385.2010.05.009旋流器是航空发动机燃烧室的基本构件之一,其最主要的作用是在火焰筒中心形成低压区,使热燃气回流,产生稳定点火源.根据级数的不同,旋流器可分为单级,双级及多级(三级)等几类.目前,先进的航空发动机如CFM56,GE90,F101等均采用了双级旋流器.近年来,国内外对三级旋流器开展了大量研究,结果表明:采用多级旋流器的燃烧室具有火焰稳定工作范围宽,燃油雾化效果好,燃烧效率高,污染排放低等优点¨I6J.本文在对三级旋流器进行初步设计的基础上,用数值模拟的方法研究旋流器的各种参数对旋流器出口流场的影响,以实现旋流器优化设计的目标.1三级旋流器的设计要点就设计步骤而言,多级旋流器的设计与单级旋流器的设计是相同的,都是通过流阻系数和旋流数.s计算出叶片安装角及旋流器的通道面积,进而确定旋流器的内外径,叶片数以及叶片宽度等参数【卜.但是,多级旋流器的设计应特别注意以下几点:第一,选定各级旋流器的形式.三级旋流器收稿日期:2010—07—12作者简介:吴振宇(1982一),男,山西原平人,在读研究生,主要研究方向:航空发动机燃烧设计与分析技术;E—mail:200805078@ 163.corn;王成军(1967一),男,辽宁沈阳人,副教授,主要研究方向:燃烧及两相流.的选形要充分注意各级旋流器之间以及旋流器与喷嘴及套筒的尺寸匹配问题.其选形应综合考虑燃烧室的空气流向,火焰筒与喷嘴的尺寸限制以及是否便于调节空气流量等因素.文中设计的三级旋流器采用了组合结构,即第一级旋流器采用径向式,第二,三级旋流器采用轴向式.这种组合形式的旋流器总体尺寸较小,既能保证燃烧室头部具有充足的空气量和足够强度的回流区,又可以在较大幅度内调整各级旋流器的空气比例.第二,确定各级旋流器的流量比例.在本文所设计的三级旋流器中,来自第一,二级旋流器的内外两股空气对燃油油膜产生剪切作用使其破碎雾化,而第三级旋流器的作用主要是控制火焰筒头部气流结构(回流区大小).为了研究三级旋流器空气流量分配对旋流器整体性能的影响,设计的三级旋流器采用了3种空气分配方案,流经第一,二,三级旋流器的空气分别选取0.16:0.36:0.48;0.23:0.33:0.44及0.28:0.32:0.40这3种比例.第三,确定旋流器的旋向组合方式.目前的双级旋流器多采用反旋向组合,流经旋流器的两路空气旋向相反,产生对油膜的剪切作用,促进燃油的破碎和雾化.本文设计的第一,二级旋流器也采用了反旋向组合,而第三级旋流器则采用了逆时针和顺时针两种旋向.下文将对两种旋向旋流器的流场进行数值模拟,研究旋向对旋流器回流的影响.第四,选定各级旋流器的设计参数.旋流器第4期吴振宇等:三级旋流器的设计及其流场模拟39 的几何参数主要包括内半径r,外半径R,叶片数n和叶片角等,它们共同决定了旋流器的主要气动性能如流量,旋转气流环量,出口总压及速度等.三级旋流器各个参数的选取要点如下:(1)各级旋流器内外半径r,R的选取.r小,R大则旋流器入口面积大,因而旋流器流量大,头部余气系数大,有利于加速燃烧反应,但是回流区直径会缩短,火焰稳定范围将减小.对于三级旋流器,各级旋流器的内外径要按其流量比来选定,同时要注意各级旋流器间的尺寸匹配问题. (2)角的选择.卢角大,则射流切向速度大,有利于增强回流强度,改善火焰稳定性但是口角过大容易造成油滴在火焰筒壁面附近燃烧,使火焰筒壁温偏高.本文设计的三级旋流器第一, 二级叶片角分别为42.和48.,第三级的叶片角分别选取了52.和56.两种角度.(3)叶片数的确定.旋流器的叶片应具有适当的安装重叠度,如果叶片数过少,将发生气流的直通现象,气流旋转强度被削弱,不利于燃烧过程的组织【9J.另外,适当稠度的叶片有助于旋流器性能的改善,但是气流的摩擦损失也会随着叶片数的增加而增大.本文设计的三级旋流器第一, 二级叶片数均为12片,第三级旋流器叶片数则有12片和15片两种,以便进行对比研究.参照单级旋流器的设计方法j,考虑到上述各点,将设计的三级旋流器与文氏管,套筒组合可得下图所示结构,下文中将以该结构为几何模型,对其流场进行数值研究.图1某三级旋流器结构图2三级旋流器冷态流场的数值模拟2.1创建几何模型研究对象为带有三级旋流器的模型燃烧室,利用UG软件建立多个三级旋流器的几何模型. 各个模型的区别在于其空气流量分配,旋向,叶片数,叶片角中的某一个参数与其他模型的相应参数不同.上文图1即为其中的一种三级旋流器结构图,其余各旋流器的结构与其类似.2.2网格划分利用Gambit软件对所建立的模型燃烧室的几何模型进行网格划分.采用区域法和四面体非结构化网格,将整个燃烧室分成两部分,对三级旋流器进行适当的网格加密,而燃烧室的其他区域则采用较粗的网格.经过上述处理,网格模型的网格总数在70万到75万之间.其中,三级旋流器的网格划分如图2所示.图2三级旋流器网格图2.3计算模型计算过程中应用CFD软件Fluent求解质量守恒方程与动量守恒方程,文中涉及到的计算模型为湍流模型.目前湍流模型中应用最为广泛的是k一8两方程模型,其中Realizablek—s模型为标准模k一￡型的改进方案.该模型在计算湍流粘度时引入了与旋转和曲率有关的内容,可以有效地模拟包含射流和混合流的自由流动以及有旋的均匀剪切流等流动.考虑到航空发动机燃烧室内的流动包括了射流和混合,流场中包含很多回流区,并且回流区的大小差别也很大,本文选用了Realizablek一￡双方程湍流模型.该模型的数学表达式如下:去(+毒(pku~)毒+~,/akl崛杀(Ps)+(p6).丝-l1axi1J+pCpc2忐其中,c一ax0.43,J'叼=(2s,S:1[au~+警)根据文献给出的经验值¨,上述方程中各常数项的取值分别为C=1.9,=1.0,=1.2.2.4边界条件及收敛标准的设置以某型航空发动机燃烧室的参数为参考,采沈阳航空工业学院第26卷用质量进口,压力出口边界条件,入口空气质量流量为0.08kg/s,出El静压为一个大气压;其余面均设为壁面.根据FLUENT软件里关于判断收敛的说明,本文把进出口流量相对误差小于5% 和全部残差小于1.0×10时的迭代结果作为数值模拟的收敛结果.3计算结果及分析3.1旋流器流量比例对流场和速度分布的影响选取三种空气比例进行研究,流经一,二,三级旋流器的空气量比值分别为q=0.16:0.36:0. 48;q,:0.23:0.33:0.44;q=0.28:0.32:0.40.三种空气比例对应的流场图和速度分布图如图3 一图6所示.图3旋流器各级流量比空气流量分配比为0.16:0.36:0.48时的流场图图4旋流器各级流量比空气流量分配比为为0.23:0.33:0.44时的流场图流器回流特性有较大的影响.具体来看,流经二,三级旋流器的空气越多,旋流器下游中心回流区的尺寸和直径就越大,而套筒下游流场中的两个角涡也越小.另一方面,在旋流器下游流场,燃烧室头部回流区中轴线附近的回流速度较低.3.2旋流器的旋向及叶片数,叶片角度对流场和速度分布的影晌.以第三级旋流器与第二级旋流器旋向相反,第三级旋流器叶片数/7,=12,叶片角度,=52.的三级旋流器为基准模型,取其流场为基准流场(图7).藿一图7基准旋流器流场图图8第二,三级旋流器同旋向流场图图9第三级旋流器叶片数n,=15流场图.,,..竺流器Nil:匕..,图10第三级旋流器叶片角岛:56.流场图空气流量分配比为为0. 28:O.32:O.40时的流场图一～一…～.一～…～…….E'-10lH.20图6回流区中心线(,0,0)速度分布图I可以发现,流经各级旋流器的空气份额对旋图11回流区中心线(,0.0)速度分布图Ⅱ由图7一图11可见,各种结构因素都会对旋一s『E～|f冀lI譬.H第4期吴振宇等:三级旋流器的设计及其流场模拟41流器下游的流场造成一定影响.模拟结果表明:第二,三级旋流器旋向相同时,回流区的直径较大,回流区的形状较为规则;不改变旋流器的内外径,增加第三级旋流器的叶片数目时,回流区尺寸减小,其形状趋向细长;将第三级旋流器叶片角度由52.增加到56.时,回流区在尺寸增大的同时长度变短.由图11可见,二,三级旋流器采用相同旋向时,回流区中轴线附近的速度较小,而叶片数和叶片角度对回流区的速度分布影响很小.4结论本文分析了三级旋流器设计工作中应注意的几个重要问题,包括旋流器形式与旋向的选择,叶片数与叶片角的确定等.通过对不同设计参数的旋流器进行对比数值研究发现各个设计参数对旋流器的流场及速度分布有不同程度的影响.其中,各级旋流器之间的空气流量比例对旋流器性能的影响最为明显,旋向组合的影响要小一些,而旋流器的叶片数和叶片角主要是影响燃烧室头部回流区的范围,对回流中心的速度分布影响不大.由于旋流器在燃油雾化破碎的过程中亦发挥着重要作用,下一步的工作中拟对旋流器出口的喷雾场进行研究,从而可以更为全面地评价三级旋流器的工作性能.参考文献:[1]LiG,bustioncharacteristicsofamultiplespray swidcombustor[R].AIAA2003—0489.[2]LiG,AngierS,LambolezO,eta1.Experimentalstudyofvelocity flowfieldforamuhipleswirlspraycombustor[R].AIAA2002一O6l8.[3]LiG,GutmarkEJ.Flowfieldmeasurementsoftripleswirlerspraycombustor[R].AIAA2002—4010.[4]丁永顺,丁洋,王成军.双级旋流器燃烧室的数值模[J].沈阳航空工业学院,2008,25(5):l6—19.[5]蒲宁,徐让书,吴超,等.航空发动机燃烧室流动数值计算中湍流模型的比较[J].沈阳航空工业学院,2008,25(5):24—27.[6]彭云晖,林宇震,许全宏,等.双旋流空气雾化喷嘴喷雾,流动和燃烧性能[J].航空,2008,29(1):1—14.[7]航空发动机设计手册总编委会编.航空发动机设计手册第9册[M].北京:航空工业出版社,2000:223—229.[8]李长林.航空发动机主燃烧室设计[M].西安:西北工业大学印刷厂,1984.[9]焦树建.径向旋流器的设计方法及其燃烧特性[J].燃气轮机技术,1994,7(4):33—42.[1O]ANSYS.Inc.FLUENT6.3User'sGuide[s].USA:ANSYS.Inc,2006.TripleswirlerdesignandfluidnumericalsimulationWUZhen—yuW ANGCheng—janWANGDan—dan (SchoolofAeroDynamicsandEnergyEngineering,ShenyangAerospaceUniversity,Liaon ingShenyang110136)Abstract:UGsoftwareisusedtoestablishthegeometrymodelofthetripleswirlercombustor,t hedcalcula—tionmodelwasgeneratedusingtetrahedralunstructuregdmeshingmethod.ThroughRealiza blek一￡turbu-lentmodel,coldflowfieldofthismodelcombustorissimulated.Thesimulationresultsindicatethatair—flow ratioofthetripleswirlerhasagreateffectontheflowfieldcharactersuchastherangeofrecircul ationzoneandcenter—paredtootherkeyparameters.Theresearchworkishelpfulfora bet—terunderstandingoftripleswirlerparametersandisbenefitfortripleswirleroptimizationdesi gn.Keywords:aircraftengine;combustor;numericalsimulation;tripleswirler(责任编辑:吴萍)。
旋流器
旋流器旋流器的基本介绍旋流器是利用离心力来分离或浓缩物料的分级分选设备，在工业生产中的应用非常广泛，如在设有选矿环节的工业企业中，旋流器是选矿分级系统中的主要组成设备，而在重选厂旋流器则多被用作脱泥设备。
旋流器按照在工作中的用途不同，可以分为多个种类，其中常见的有水力分级浓缩旋流器、重介旋流器、除砂分离旋流器和油水分离旋流器等。
旋流器的分类相对其他机械来说较为简单，且无论是何种旋流器，其工作原理都是基本相同的。
旋流器是以离心沉降作为主要工作原理，来实现分级、分选、浓缩和脱泥。
旋流器工作时，重量较大的物质颗粒的重力会克服离心力而沉降到旋流器底部，从沉沙口排出，而重量较小的物质颗粒的重力无法克服离心力，就会被水流带到旋流器的上部，从溢流口排出。
旋流器的分级分离精度是可以控制的，溢流物质的颗粒细度是受沉沙口最小直径影响的。
旋流器的沉沙口越小，浆液在旋流器中获得的旋转角速度就越大，旋流器处理后所获得的溢流物颗粒细度就越小，分级分选的效果也就越好。
旋流器的部件中，筒体需长时间承受浆液流动，给矿口、沉砂嘴处理的浆液中硬质颗粒含量较多，因此这几个部位都是旋流器最容易受到磨损的部位。
旋流器要想延长使用寿命，就要针对这几个部件进行耐磨处理，多数旋流器都是内衬耐磨橡胶等材料来实现耐磨保护。
旋流器的工作原理旋流器是常见的分级分离设备，它的作用主要是澄清和浓缩。
旋流器在工业生产领域多被用于各种细粒物料在选别前的分级和脱泥，例如在煤炭采集企业中，旋流器就被用来分离矿浆。
除了煤炭厂外，旋流器在火电厂、冶金厂等生产部门也有普遍应用。
旋流器的工作原理旋流器的工作原理是离心沉降。
旋流器的内部是中空圆柱体，待分离的两相或三相混合液会在泵的压力作用下，以旋流器的周边切向进入，而后在旋流器的内部形成旋转剪切湍流运动，从而获得较大的离心力。
旋流器内部的混合液受到离心力和重力的共同作用，而内含的粗颗粒与细颗粒之间由于粒度和密度的差异，所受到的离心力、向心浮力和流体曳力的大小均不相同，粗颗粒和细颗粒的运动方向就会不同。
旋流器工作原理
旋流器工作原理旋流器是一种常用的固液分离设备，广泛应用于化工、石油、制药、食品等领域。
它通过利用液体在旋转流场中的离心力和离心力的作用，将固体颗粒从液体中分离出来。
以下是旋流器工作原理的详细描述。
1. 原理概述旋流器利用液体在旋转流场中的离心力和离心力的作用，将固体颗粒从液体中分离出来。
其主要原理是通过旋流器内部的旋流室和旋流器出口的导流器，使流体呈螺旋状流动。
在旋流器内部，液体由于离心力的作用，形成一个旋涡，固体颗粒受到离心力的作用，沿着旋涡的外侧向旋流器壁面移动，最后沉积在旋流器的底部，而清洁的液体则从旋流器的中心部分流出。
2. 工作过程旋流器的工作过程可以分为进料、旋流分离和出料三个阶段。
（1）进料阶段：液体通过旋流器的进料口进入旋流器内部。
进料口的设计通常采用切向进料方式，使液体以高速进入旋流器的旋流室。
（2）旋流分离阶段：在旋流室中，液体受到旋转流场的作用，形成一个旋涡。
由于旋转流场的离心力作用，固体颗粒受到离心力的作用，沿着旋涡的外侧向旋流器壁面移动。
在移动过程中，固体颗粒逐渐沉积在旋流器的底部形成沉淀物，而清洁的液体则从旋流器的中心部分流出。
（3）出料阶段：清洁的液体从旋流器的中心部分流出，经过出料口排出。
出料口通常位于旋流器的顶部，以便更好地分离固体和液体。
3. 影响因素旋流器的分离效果受到多种因素的影响，包括旋流器的结构设计、液体的性质、进料流量和固液比等。
以下是一些常见的影响因素：（1）旋流器结构设计：旋流器的结构设计包括旋流器的尺寸、旋流室的形状和导流器的设计等。
合理的结构设计可以提高旋流器的分离效果。
（2）液体的性质：液体的性质，如粘度、密度和固体颗粒的浓度等，会影响旋流器的分离效果。
不同的液体需要采用不同的旋流器参数进行处理。
（3）进料流量：进料流量的大小会影响旋流器的分离效果。
过大的进料流量可能导致固体颗粒无法充分分离，而过小的进料流量则可能导致旋流器的处理能力下降。