固液旋流分离器两相流场数值模拟研究
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使用多维骨架动力学模型模拟了以异辛烷为燃料的均质压燃(HCCI)发动机的燃烧过程.通过结合多维CFD程序KIVA和反应动力学程序CHEMKIN实现了化 学反应与流动的耦合运算.结果表明网格密度和时间步长对HCCI的燃烧过程影响不大,而初始温度对着火点影响显著.通过修改多维模型比较了RNG k-ε湍 流模型和标准k-ε湍流模型、Han和Reitz传热模型和传统传热模型、Kong的混合模型和无混合模型,以及不同的缝隙区模型,发现使用RNG k-ε湍流模型 、Han和Reitz传热模型和缝隙流动模型计算结果与实验值更为接近.修改后的多维模型在不同当量比下计算得到的压力、放热率和排放值与实验完全一致 .
’Ｃ１Ｃ，神＾世＾电霄Ｃ１ｅ乍ｃ钟青Ｃ水尔，啦＾ｅ农水碟科，啦啃Ｃ／神水水掣水，神嵋ｅ噶ｅ＾世＾心＾ｅ１Ｃ勺Ｃ１ｃ噶ｅ１Ｃ＾心＾砖＾心＾肆＾世＾心１心川嗣．／皆ｅ霄ｏ
（上接第２０页）
路中，选用工作时间最短的一条管路，如果两条管路 工作时间相近，则选工作次数最少的管路。
（４）上位机监控部分 本系统采用亚控组态王６．Ｏ实现人机对话界
面。在组态软件的监视画面上，以动画显示报警处 理、流程控制、实时曲线、历史曲线和报表输出等，工 作人员可以方便地了解系统的工作情况。
４结语
图４确定开启水泵台数的流程图
为节省用电，“峰段”结束前只要保持水位不超
过‰所对应的水位即可。
（３）自动转换工作 １）水泵轮换工作 每台水泵有两个数据寄存器，分别存放运行时 间和运行次数∞１。每次启动水泵，自动启动运行时 间最短的无故障水泵。当两台水泵的运行时间相近 且最少时，则启动运行次数较少的水泵。自动累加 水泵的排水时间和排水次数。 ２）管路转换工作 当启动某台水泵时，在和它相连的两条排水管
混合物在分离器内分离停留的时间减少，也是不利
Ｏ．
Ｏ．
０．
籁０· 求０． 磷０．
母０．
—●一６００ ｒ／ｍｉｎ —－－９００ ｒ／ｍｉｎ
＋ｌ ２００ ｒ／ｒａｉｎ
Ｏ．
Ｏ．
图３截面浓度随转速变化的规律
万方数据
２００９年第３期
煤矿机电
·２３·
于分离的。而且转速提高时，溢流口处紊流强度增
大，导致有部分固相颗粒从溢流口排出，降低了分离
速度和精度；计算中采用单精度解算器，压力相采 用ＰＲＥＳＴ Ｏ！算法；压力与速度之间的偶合采用 ＳＩＭＰＬＥ法。
（６）边界条件 １）入口条件 入口液为常温状态下的固．液两相混合物，认为 湍流已经充分发展，含固相体积分数为１０％，固体 颗粒直径ｄ分别取为０．１ ｍｍ、０．２ ｍｍ和０．３ ｍｍ。 ２）出口条件 认为溢流和底流出口是已经充分发展的流体， 取流体流动特征量的梯度为零来作为出口边界条 件。 ３）壁面条件 壁面采用无滑移固壁条件，并使用标准壁面函 数法确定固壁附近的流动；旋转部分采用Ｍｏｖｉｎｇ ｗａⅡ方式。
2.学位论文 贾明 均质压燃（HCCI）发动机着火与燃烧过程的理论与数值研究 2006
由于全球经济的飞速发展，能源危机和环境污染问题日益严重，而汽车作为能源消耗和环境污染的主要来源得到了全世界研究者的广泛重视。其中 均质压燃(HCCI)发动机以其高经济性、低NOx和微粒排放的突出优越性成为目前发动机研究的主要方向之一。HCCI在非常短的时间内从概念变为现实，数 值模拟是一个主要的推动因素。本文通过数值模拟研究了HCCI发动机着火与燃烧过程，主要目的是通过模拟工具更好地理解HCCI燃烧过程，并进一步推 动其发展。文中通过修改并整合目前国际流行的HCCI燃烧模型，建立一套由单区、多区、多维模型和解析解构成的完整的HCCI发动机的模拟系统，对 HCCI发动机着火点的预测、运行工况范围的拓展和排放物的控制提供准确迅捷的信息。
３模拟结果与分析
（１）固相流体积分数分布规律
由分离器内部沿轴向纵断面和横断面的固相体
积分数分布图可以看出，在离心力作用下，密度高的
固相逐渐向分离器壁面移动，而密度低的液体则集
中在中心区域，中心处固相体积分数几乎为零。液
体相由溢流管排出，而靠近边壁处的高密度颗粒，由
底流口排出，最终固．液混合液中不同密度的两相便 实现了分离，这与理论分析的结果是一致的。
两相流的分离。如果第二相的体积百分比不超过 １０％，可把第二相当成离散相，采用离散相模型（单 体颗粒运动模型）进行模拟。如果第二相体积百分 比超过１０％，可把第二相当成连续相，采用欧拉模 型、混合模型或ＶＯＦ模型。本文采用的是混合模 型，混合模型是一种简化的两相流模型，可以考虑两 相间因速度不同引起的滑移。通过求解混合相的连 续性方程、动量方程、能量方程、第二相的体积分数 方程和相对速度代数方程实现模拟。特别适用于在 重力、离心力或其它体积力作用下粒子或液滴的分 离计算。
4.王福军 计算流体动力学分析-CFD软件原理与应用 2004 5.韩占忠.王敬.兰小平 FLUENT流体工程仿真计算实例与应用 2004
相似文献(2条)
1.期刊论文 贾明.解茂昭.JIA Ming.XIE Mao-zhao HCCI发动机燃烧多维数值模拟(Ⅰ)——模型的建立和比较 -内
燃机学报2007,25(1)
京：清华大学出版社，２００４． ［５］韩占忠，王敬，兰小平．ＦＬＵＥＮＴ流体工程仿真计算实例与应用
［Ｍ］．北京：北京理工大学出版社，２００４． 作者简介：董勇（１９７８一），男，工程师。２００３年毕业于黑龙江科技 大学，现为太原理工大学机械电子研究所在读研究生，主要研究方向 为机械结构设计及优化。
（收稿日期：２００８一１２—２９；责任编辑：陶驰东）
（２）旋流器转速对分离效率的影响
通过对模拟结果（图３）可以看出，随着叶轮转
速的提高，靠近旋流器中心的固相浓度逐渐减少，而
靠近壁面处的固相浓度逐渐增加，达到两相分离的
目的。如果转速太低，便不能使固一液两相达到分离
或有效的分层，从而降低分离效率。转速太高时，叶
轮对流体向前的推进速度及轴向速度增加，会导致
关键词： 标准ｋ－ｅ湍流模型；混合模型；数值模拟；两相流
中图分类号：ＴＤ９２２＋．５
文献标识码：Ｂ
文章编号：１００１—０８７４（２００９）０３－００２１—０４
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｂｉ—ｐｈａｓｅ Ｆｌｏｗ ｉｎ ｔｈｅ Ｓｏｌｉｄ－ｌｉｑｕｉｄ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｃｙｃｌｏｎｅ
（收稿日期：２００８—１２—０２；责任编辑：陶驰东）
万方数据
固-液旋流分离器两相流场数值模拟研究
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：
董勇， 李文英， 王怀法， DONG Yong， LI Wen-ying， WANG Huai-fa 太原理工大学,山西,太原,030024
该矿井自动排水系统操作简单，功能完备，维护 方便。投入使用后，系统运行良好，性能稳定，安全 可靠，在节省人力，提高效率等方面收到良好的效 果。
参考文献： ［１］陈子春，刘向昕．井下中央泵房水泵自动化控制系统的研究与
应用［Ｊ］．工矿自动化，２０ｃｒ７（２）． （２］朱文军，韩小庆．井下中央泵房自动化监控系统的应用［Ｊ］．
ＤＯＮＧ ｙｏｎｇ，Ⅱ％ｎ卅ｎｇ，ＷＡＮＧ Ｈｕａｉ－ｆａ
（Ｔａｉｙｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｍｍ ０３００２４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｂａｓｅｄ Ｏｎ ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｋ．８ ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｉｘｔｕｒｅ ｍｏｄｅｌ ｎｕｍｅｆｉｃＭ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ。ｔｈｅ ｆｌｏｗｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｂｉ—ｐｈａｓｅ ｆｌｏｗ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｅｐａｒａｔｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｉｎ ｔｈｅ ｃｙｃｌｏｎｅ ｓｅｐａｒａｔｏｒ ａｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．，ｎｌｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｒｅ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｂｉ．ｐｈａｓｅ ｆｌｏｗ ｗｉｔｈ ｄｅｎｓｉｔｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ．ａｎｄ ｔｈｅ ｂｕｉｌｔ ｕｐ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｕｓｅｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｒｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ｋ－ｅ ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ｍｏｄｅｌ；ｍｉｘｔｕｒｅ ｍｏｄｅｌ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｂｉ－ｐｈａｓｅ ｆｌｏｗ
煤矿机电 COLLIERY MECHANICAL & ELECTRICAL TECHNOLOGY 2009，(3) 2次
参考文献(5条) 1.孙启才 分离机械 1993 2.赵庆国.张明贤 水力旋流器分离技术 2003
3.赵力新.李枫.王尊策 新型水处理装置:动态水力旋流器的试验研究[期刊论文]-工业水处理 2000(01)
２数值模拟
（１）湍流模型 零方程模型、ｋ－ｅ模型、ｋ－ｔｏ模型和ＲＮＧｋ一８模 型等湍流模型，均是针对充分发展湍流的。本文采 用比较简单的标准ｋ－ｅ湍流模型，可用于多相的分 离、分层以及相间密度比接近于１的混合物分离，利 用混合物特性和混合速度可以捕捉湍流的重要特
性。 （２）固液两相流模型 固一液旋流分离器（图１）利用密度差实现固一液
（３）模型参数 模型形式和工作原理与ＴＯＴＡＬ型动态旋流器 类似。旋转筒直径５０ ｍｌｎ、长度８００ ｒａｉｎ；旋转栅为四 叶片式结构；叶片长度９５ ｍｉｌｌ和轴线呈５０角；中心 轴直径１０ ｍｍ；溢流口直径３０ ｒａｉｎ和底流出口直
万方数据
·２２·
煤矿机电
２００９年第３期
图１ 固液旋流分离器结构图 １一入１５３管；２一入口处机械密封；３一旋转栅；４一轴承座装配； ５一壳体；６一旋转筒皮带轮；７一机械密封；８一法兰；９一旋转筒；
ｌＯ一支架；１１一底流出口；１２一溢流出口
径８ ｍｍｏ （４）旋转栅 旋转栅（图２）位于旋转筒入口处，随旋转筒一
起旋转使混合液流作高速旋转。混合液获得足够的 切向速度，产生强离心力，促进物料分层、分离，同时 向前推进。
图２旋转栅三维图
（５）网格划分和算法 在ＧＡＭＢＩＴ里构造模型并进行网格划分，在不 同的计算域采用不同疏密程度的网格，以加快计算
参考文献： ［１］孙启才．分离机械［Ｍ］．北京：化学工业出版社，１９９３． ［２］赵庆国，张明贤．水力旋流器分离技术［Ｍ］．北京：化学工业
出版社，２００３． ［３］赵力新，李枫，王尊策，等．新型水处理装置：动态水力旋流器
的试验研究［Ｊ］．工业水处理，２０００。２０（１）． ［４］王福军．计算流体动力学分析一ＣＦＤ软件原理与应用［Ｍ］．北
１概述
选煤行业正期待结构简单、适应性广的新型分 选或分离设备，以扩大适用范围，提高分离或分选精 度。螺旋卸料沉降离心分离和碟式分离…设备，结 构较复杂，造价也较高。水力旋流器由于结构简单、 便于制造和安装，以及处理量大等优点，受到广泛的 采用怛Ｊ。最早发展起来的是静态水力旋流器＂Ｊ。 动态旋流器Ｈ１利用离心力作用分离非均质两相液 体混合物。本文利用流体仿真软件ＦＬＵＥＮＴ”ｏ研究 其内部情况。
２００９年第３期
煤矿机电
·２１·
固一液旋流分离器两相流场数值模拟研究
董勇，李文英，王怀法
（太原理工大学，山西太原０３００２４）
摘 要： 采用标准ｋ－ｅ湍流模型和混合模型的数值模拟方法，对固一液旋流分离器内的两相流流
动机理及分离特性进行研究。模拟结果表明，分离特性符合有密度差的两相流分流机理。建立的
模型和使用的计算方法有效。
效率。
（３）固体颗粒大小源自文库分离的影响
分别取ｄ为０．１ ｍｍ，０．２ ｍｉｌｌ和０．３ ＩｎＩｎ三种粒
度直径进行模拟。
０．１６ Ｏ．１４ Ｏ．１２ 籁Ｏ．１０
鄞饕 Ｏ．０４ Ｏ．０２ ０
—．－Ｏ．１ ｎ姗
＋０．２ｍｍ ＋０．３ ｎｌｍ
图４截面浓度随粒度大小变化的规律
这说明粒度越小越难分离，主要原因是：同样密 度的颗粒，粒度大的质量大，离心力也越大，也就越 容易分离。
山东煤炭科技，２００５（２）． 【３］西门子ｓ７—３００系列可编程控制器硬件手［Ｋ］．北京：北京西
门子自动化公司，１９９９． ［４］葛轶．采排水设备自动控制系统的开发研究［Ｄ］．太原：太原
理工大学，２００５． ［５］高林．煤矿井下排水自动控制系统的研究与开发［Ｄ］．太原：
太原理工大学，２００７．
作者简介：程高新（１９８４一），女，安徽理工大学电气与信患工程学 院在读硕士研究生。主要研究方向为计算机监控。
’Ｃ１Ｃ，神＾世＾电霄Ｃ１ｅ乍ｃ钟青Ｃ水尔，啦＾ｅ农水碟科，啦啃Ｃ／神水水掣水，神嵋ｅ噶ｅ＾世＾心＾ｅ１Ｃ勺Ｃ１ｃ噶ｅ１Ｃ＾心＾砖＾心＾肆＾世＾心１心川嗣．／皆ｅ霄ｏ
（上接第２０页）
路中，选用工作时间最短的一条管路，如果两条管路 工作时间相近，则选工作次数最少的管路。
（４）上位机监控部分 本系统采用亚控组态王６．Ｏ实现人机对话界
面。在组态软件的监视画面上，以动画显示报警处 理、流程控制、实时曲线、历史曲线和报表输出等，工 作人员可以方便地了解系统的工作情况。
４结语
图４确定开启水泵台数的流程图
为节省用电，“峰段”结束前只要保持水位不超
过‰所对应的水位即可。
（３）自动转换工作 １）水泵轮换工作 每台水泵有两个数据寄存器，分别存放运行时 间和运行次数∞１。每次启动水泵，自动启动运行时 间最短的无故障水泵。当两台水泵的运行时间相近 且最少时，则启动运行次数较少的水泵。自动累加 水泵的排水时间和排水次数。 ２）管路转换工作 当启动某台水泵时，在和它相连的两条排水管
混合物在分离器内分离停留的时间减少，也是不利
Ｏ．
Ｏ．
０．
籁０· 求０． 磷０．
母０．
—●一６００ ｒ／ｍｉｎ —－－９００ ｒ／ｍｉｎ
＋ｌ ２００ ｒ／ｒａｉｎ
Ｏ．
Ｏ．
图３截面浓度随转速变化的规律
万方数据
２００９年第３期
煤矿机电
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于分离的。而且转速提高时，溢流口处紊流强度增
大，导致有部分固相颗粒从溢流口排出，降低了分离
速度和精度；计算中采用单精度解算器，压力相采 用ＰＲＥＳＴ Ｏ！算法；压力与速度之间的偶合采用 ＳＩＭＰＬＥ法。
（６）边界条件 １）入口条件 入口液为常温状态下的固．液两相混合物，认为 湍流已经充分发展，含固相体积分数为１０％，固体 颗粒直径ｄ分别取为０．１ ｍｍ、０．２ ｍｍ和０．３ ｍｍ。 ２）出口条件 认为溢流和底流出口是已经充分发展的流体， 取流体流动特征量的梯度为零来作为出口边界条 件。 ３）壁面条件 壁面采用无滑移固壁条件，并使用标准壁面函 数法确定固壁附近的流动；旋转部分采用Ｍｏｖｉｎｇ ｗａⅡ方式。
2.学位论文 贾明 均质压燃（HCCI）发动机着火与燃烧过程的理论与数值研究 2006
由于全球经济的飞速发展，能源危机和环境污染问题日益严重，而汽车作为能源消耗和环境污染的主要来源得到了全世界研究者的广泛重视。其中 均质压燃(HCCI)发动机以其高经济性、低NOx和微粒排放的突出优越性成为目前发动机研究的主要方向之一。HCCI在非常短的时间内从概念变为现实，数 值模拟是一个主要的推动因素。本文通过数值模拟研究了HCCI发动机着火与燃烧过程，主要目的是通过模拟工具更好地理解HCCI燃烧过程，并进一步推 动其发展。文中通过修改并整合目前国际流行的HCCI燃烧模型，建立一套由单区、多区、多维模型和解析解构成的完整的HCCI发动机的模拟系统，对 HCCI发动机着火点的预测、运行工况范围的拓展和排放物的控制提供准确迅捷的信息。
３模拟结果与分析
（１）固相流体积分数分布规律
由分离器内部沿轴向纵断面和横断面的固相体
积分数分布图可以看出，在离心力作用下，密度高的
固相逐渐向分离器壁面移动，而密度低的液体则集
中在中心区域，中心处固相体积分数几乎为零。液
体相由溢流管排出，而靠近边壁处的高密度颗粒，由
底流口排出，最终固．液混合液中不同密度的两相便 实现了分离，这与理论分析的结果是一致的。
两相流的分离。如果第二相的体积百分比不超过 １０％，可把第二相当成离散相，采用离散相模型（单 体颗粒运动模型）进行模拟。如果第二相体积百分 比超过１０％，可把第二相当成连续相，采用欧拉模 型、混合模型或ＶＯＦ模型。本文采用的是混合模 型，混合模型是一种简化的两相流模型，可以考虑两 相间因速度不同引起的滑移。通过求解混合相的连 续性方程、动量方程、能量方程、第二相的体积分数 方程和相对速度代数方程实现模拟。特别适用于在 重力、离心力或其它体积力作用下粒子或液滴的分 离计算。
4.王福军 计算流体动力学分析-CFD软件原理与应用 2004 5.韩占忠.王敬.兰小平 FLUENT流体工程仿真计算实例与应用 2004
相似文献(2条)
1.期刊论文 贾明.解茂昭.JIA Ming.XIE Mao-zhao HCCI发动机燃烧多维数值模拟(Ⅰ)——模型的建立和比较 -内
燃机学报2007,25(1)
京：清华大学出版社，２００４． ［５］韩占忠，王敬，兰小平．ＦＬＵＥＮＴ流体工程仿真计算实例与应用
［Ｍ］．北京：北京理工大学出版社，２００４． 作者简介：董勇（１９７８一），男，工程师。２００３年毕业于黑龙江科技 大学，现为太原理工大学机械电子研究所在读研究生，主要研究方向 为机械结构设计及优化。
（收稿日期：２００８一１２—２９；责任编辑：陶驰东）
（２）旋流器转速对分离效率的影响
通过对模拟结果（图３）可以看出，随着叶轮转
速的提高，靠近旋流器中心的固相浓度逐渐减少，而
靠近壁面处的固相浓度逐渐增加，达到两相分离的
目的。如果转速太低，便不能使固一液两相达到分离
或有效的分层，从而降低分离效率。转速太高时，叶
轮对流体向前的推进速度及轴向速度增加，会导致
关键词： 标准ｋ－ｅ湍流模型；混合模型；数值模拟；两相流
中图分类号：ＴＤ９２２＋．５
文献标识码：Ｂ
文章编号：１００１—０８７４（２００９）０３－００２１—０４
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｂｉ—ｐｈａｓｅ Ｆｌｏｗ ｉｎ ｔｈｅ Ｓｏｌｉｄ－ｌｉｑｕｉｄ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｃｙｃｌｏｎｅ
（收稿日期：２００８—１２—０２；责任编辑：陶驰东）
万方数据
固-液旋流分离器两相流场数值模拟研究
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：
董勇， 李文英， 王怀法， DONG Yong， LI Wen-ying， WANG Huai-fa 太原理工大学,山西,太原,030024
该矿井自动排水系统操作简单，功能完备，维护 方便。投入使用后，系统运行良好，性能稳定，安全 可靠，在节省人力，提高效率等方面收到良好的效 果。
参考文献： ［１］陈子春，刘向昕．井下中央泵房水泵自动化控制系统的研究与
应用［Ｊ］．工矿自动化，２０ｃｒ７（２）． （２］朱文军，韩小庆．井下中央泵房自动化监控系统的应用［Ｊ］．
ＤＯＮＧ ｙｏｎｇ，Ⅱ％ｎ卅ｎｇ，ＷＡＮＧ Ｈｕａｉ－ｆａ
（Ｔａｉｙｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｍｍ ０３００２４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｂａｓｅｄ Ｏｎ ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｋ．８ ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｉｘｔｕｒｅ ｍｏｄｅｌ ｎｕｍｅｆｉｃＭ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ。ｔｈｅ ｆｌｏｗｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｂｉ—ｐｈａｓｅ ｆｌｏｗ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｅｐａｒａｔｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｉｎ ｔｈｅ ｃｙｃｌｏｎｅ ｓｅｐａｒａｔｏｒ ａｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．，ｎｌｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｒｅ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｂｉ．ｐｈａｓｅ ｆｌｏｗ ｗｉｔｈ ｄｅｎｓｉｔｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ．ａｎｄ ｔｈｅ ｂｕｉｌｔ ｕｐ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｕｓｅｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｒｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ｋ－ｅ ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ｍｏｄｅｌ；ｍｉｘｔｕｒｅ ｍｏｄｅｌ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｂｉ－ｐｈａｓｅ ｆｌｏｗ
煤矿机电 COLLIERY MECHANICAL & ELECTRICAL TECHNOLOGY 2009，(3) 2次
参考文献(5条) 1.孙启才 分离机械 1993 2.赵庆国.张明贤 水力旋流器分离技术 2003
3.赵力新.李枫.王尊策 新型水处理装置:动态水力旋流器的试验研究[期刊论文]-工业水处理 2000(01)
２数值模拟
（１）湍流模型 零方程模型、ｋ－ｅ模型、ｋ－ｔｏ模型和ＲＮＧｋ一８模 型等湍流模型，均是针对充分发展湍流的。本文采 用比较简单的标准ｋ－ｅ湍流模型，可用于多相的分 离、分层以及相间密度比接近于１的混合物分离，利 用混合物特性和混合速度可以捕捉湍流的重要特
性。 （２）固液两相流模型 固一液旋流分离器（图１）利用密度差实现固一液
（３）模型参数 模型形式和工作原理与ＴＯＴＡＬ型动态旋流器 类似。旋转筒直径５０ ｍｌｎ、长度８００ ｒａｉｎ；旋转栅为四 叶片式结构；叶片长度９５ ｍｉｌｌ和轴线呈５０角；中心 轴直径１０ ｍｍ；溢流口直径３０ ｒａｉｎ和底流出口直
万方数据
·２２·
煤矿机电
２００９年第３期
图１ 固液旋流分离器结构图 １一入１５３管；２一入口处机械密封；３一旋转栅；４一轴承座装配； ５一壳体；６一旋转筒皮带轮；７一机械密封；８一法兰；９一旋转筒；
ｌＯ一支架；１１一底流出口；１２一溢流出口
径８ ｍｍｏ （４）旋转栅 旋转栅（图２）位于旋转筒入口处，随旋转筒一
起旋转使混合液流作高速旋转。混合液获得足够的 切向速度，产生强离心力，促进物料分层、分离，同时 向前推进。
图２旋转栅三维图
（５）网格划分和算法 在ＧＡＭＢＩＴ里构造模型并进行网格划分，在不 同的计算域采用不同疏密程度的网格，以加快计算
参考文献： ［１］孙启才．分离机械［Ｍ］．北京：化学工业出版社，１９９３． ［２］赵庆国，张明贤．水力旋流器分离技术［Ｍ］．北京：化学工业
出版社，２００３． ［３］赵力新，李枫，王尊策，等．新型水处理装置：动态水力旋流器
的试验研究［Ｊ］．工业水处理，２０００。２０（１）． ［４］王福军．计算流体动力学分析一ＣＦＤ软件原理与应用［Ｍ］．北
１概述
选煤行业正期待结构简单、适应性广的新型分 选或分离设备，以扩大适用范围，提高分离或分选精 度。螺旋卸料沉降离心分离和碟式分离…设备，结 构较复杂，造价也较高。水力旋流器由于结构简单、 便于制造和安装，以及处理量大等优点，受到广泛的 采用怛Ｊ。最早发展起来的是静态水力旋流器＂Ｊ。 动态旋流器Ｈ１利用离心力作用分离非均质两相液 体混合物。本文利用流体仿真软件ＦＬＵＥＮＴ”ｏ研究 其内部情况。
２００９年第３期
煤矿机电
·２１·
固一液旋流分离器两相流场数值模拟研究
董勇，李文英，王怀法
（太原理工大学，山西太原０３００２４）
摘 要： 采用标准ｋ－ｅ湍流模型和混合模型的数值模拟方法，对固一液旋流分离器内的两相流流
动机理及分离特性进行研究。模拟结果表明，分离特性符合有密度差的两相流分流机理。建立的
模型和使用的计算方法有效。
效率。
（３）固体颗粒大小源自文库分离的影响
分别取ｄ为０．１ ｍｍ，０．２ ｍｉｌｌ和０．３ ＩｎＩｎ三种粒
度直径进行模拟。
０．１６ Ｏ．１４ Ｏ．１２ 籁Ｏ．１０
鄞饕 Ｏ．０４ Ｏ．０２ ０
—．－Ｏ．１ ｎ姗
＋０．２ｍｍ ＋０．３ ｎｌｍ
图４截面浓度随粒度大小变化的规律
这说明粒度越小越难分离，主要原因是：同样密 度的颗粒，粒度大的质量大，离心力也越大，也就越 容易分离。
山东煤炭科技，２００５（２）． 【３］西门子ｓ７—３００系列可编程控制器硬件手［Ｋ］．北京：北京西
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作者简介：程高新（１９８４一），女，安徽理工大学电气与信患工程学 院在读硕士研究生。主要研究方向为计算机监控。