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分析水力旋流器分离技术的发展情况

[2017/8/22]

   水力旋流器是一种湿化机械分离操作单元设备,在正常操作条件下,其分离精度比较高,因而应用十分广泛。水力旋流器的研究与应用迄今已有一百多年的历史。水力旋流器的正确设计取决于对其流体动力学实质的深入理解,虽然结构不复杂,但其中的液固两相流体的三维强旋转场及其分离机理却十分复杂,难以对其分离过程作较为全面的描述,因而至今尚未建立比较完整的通用物理与数学模型。诸多的结构与操作参数对分离性能的影响关系式均停留在定性阶段或局限在很窄的条件范围之内。旋流器的工程设计是经验性的,均是先按经验数据估算,再经大量实验确定操作与结构参数。迄今所建立的数学模型有两类:理论模型与经验模型。

  有代表性的水力旋流器分离过程的物理模型包括平衡轨道理论、停留时间理论、底流拥挤理论、湍流两相理论、内旋流理论、溢流理论以及随机理论。平衡轨道理论水力旋流器中固体粒子主要受离心力与流体曳力的作用,当此两力达到平衡时,粒子会到达一个平衡轨道位置。流场实测也证实存在一个轴向速度为零的轨迹面即零轴速包络面,它是一分离面。不同粒度的颗粒具有不同的平衡轨道,其中,平衡轨道处于分离面以外的固相颗粒将进入底流被分离,而处于分离面以内的颗粒将随溢流被排出。所以,分离面的选择十分重要。再就是,平衡轨道理论没有考虑停留时间,并非所有的粒子在停留时间内都能到达平衡轨道而被分离。同时,也未考虑湍流效应对粒子的影响。尽管有上述缺点,但平衡轨道理论有其合理性,关于该理论的许多研究都能够对低进料浓度的水力旋流器给出合理的预测。

  各种模型没有想到出现的各种原因及产生的后果,同时也不能解释水力旋流器复杂的分离过程,而非线性的随机理论平衡轨道理论作为重点用来描述水力旋流器的分离过程已初显其无比的威力。

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