结构设计对旋流式分离器内部流场的分析|旋流分离器

　　摘 要：旋流式分离器有着非常广泛的工业应用。其内部流场复杂其影响因素较多。本文通过数值模拟的方法，只针对不同入口形式、出口形式和内部结构的分离器内部流场进行了对比分析。以期能找到这些因素对其内部流场的影响规律。经分析表明入口形式和内部结构对其内部流场影响较大，而出口形式对其内部流场影响较小。

　　关键词：旋流式分离器；数值模拟

　　引言

　　旋流式分离器是一种高效的分离装置，其优点在于结构简单、体积小、无运动部件、分离效率高、处理量大并且成本低廉等。已经被广泛应于石油、化工、冶金、造纸以及废水处理等众多行业。目前，人们对其的研究已经从暗箱操作转向理论实验，从而得出一系列的数学模型，用以指导其设计与操作。由于实验条件的限制，单纯通过实验来研究旋流式分离器的性能不仅周期长且费用高。数值模拟资金投入少、速度快、信息全、仿真能力强，因此，以流场湍流数值模拟为主研究旋流式分离器结构，具有重要的工程应用价值。

　　1 旋流式分离器之结构及工作原理

　　旋流式分离器是利用旋转流体产生的离心力使密度不同的各相流体分离的设备。一般来说，旋流式分离器结构细长，主要由圆筒段、大椎段、小椎段和尾管段组成其结构如图1所示。圆筒段上部有一到两个混合进料口。其形式多为切向进口或螺旋线甚至是阿基米德螺线进口。对于某些具体情况而言，其空间比较小，为保证其分离效果，只能去掉尾管段和小椎段。并减小大椎段之角度（通常为 ）。

　　2 数值方程

　　由于分离器内部流体流动为强旋转且湍流度很高，所 ……此处隐藏2338个字…… /update/" target="_blank" class="keylink">工作的稳定性。由于有两个进料口，在流量相同时，入口速度为单一入口的一半，所以其内部流体进入分离器后与壁面撞击时的冲量就小得多。两个入口对称、同旋更加有利于流场的稳定。并且这种入口形式易于设计和加工,但它要求空间比较大且系统相对复杂,至少要保证两个进料口的流量一致。至于内环线入口模型，其效果与单侧切线相似，流场混乱，效果不好，不复述。主要是由于入口导流部分占用分离器上部空间，使其原来的圆柱形流域变成不规则柱体，进而导致流场混乱。且设计、加工均比较复杂。其唯一的优点在于结构更加紧凑，故对于空间狭窄的系统还是有些使用意义的。经计算表明外渐开线型入口形式也是比较好的。其入口导流部分完全在基圆外侧。使得分离器顶部保持了完整的圆柱形。并且其导流部分曲率与基圆接近，这可以减少流体进入分离器后的速度变化和与壁面的撞击，防止分离流的生成，有利于流场的稳定。通过观察其迹线图可知：其流场比较规则。入口处所有位置的质点在分离器中的旋转圈数差别相对较小。并且和双侧切向入口一样其内部迹线在旋筒下半部仍有明显旋转。

　　图7 内环线入口迹线图 图8 外渐开线入口迹线图

　　图9 内环线入口速度分布 图10 外渐开线入口速度分布