【文章內(nèi)容簡介】 渦旋運(yùn)動(dòng) ,這種渦旋運(yùn)動(dòng) 由兩種基本的旋轉(zhuǎn)液流構(gòu)成 ,即順螺旋線向下運(yùn)動(dòng)的外旋流和沿螺旋線向上運(yùn)動(dòng)的內(nèi)旋流 ,它們的旋轉(zhuǎn)方向相同 ,但軸向運(yùn)動(dòng)方向相反。在強(qiáng)大的離心力場的作用下 ,外旋流攜帶大而重的物料由底流口排出 ,內(nèi)旋流攜帶小而輕的物料由溢流口排出。圖 1為水力旋流器內(nèi)液流的雙螺旋模型。 水力旋流器內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)的特殊性使其既具有離心分離作用又具有洗滌作用 ,離心分離作用是由離心力場決定的 ,洗滌作用則由水力旋流器內(nèi)存在的強(qiáng)大的流體剪切力場決定。剪切力的作用使得水力旋流器在許多洗滌和分級(jí)場合有很廣泛的應(yīng)用前景。 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 分級(jí)分離水力旋流器 6 圖 1 水力旋流器雙螺旋 模型 按照 BradIey的定義，水力旋流器是一種利用流體壓力產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置。這一定義也許不夠全面，但確實(shí)揭示了水力旋流器工作原理的本質(zhì)特征。若流體以靜壓力 p0\初速度 V0沿切向給入旋流器且為分析簡單期間不計(jì)壓頭損失，則在入口處與螺旋形流線上的另一點(diǎn)列出伯努利方程 222200 uup p ????? （ 3— 1） 式中ρ 流體密度 p、 u流體在流線上某一點(diǎn)的壓力與速度 按通常的方法，在主坐標(biāo)系內(nèi)，水力旋流器的流體速度 u 可分解為徑向速度ur 切向速度 u? 及軸向速度 uz uuuu zr 2222 ??? ? 沿切向輸入的流體在不計(jì)損失的情況下，其旋轉(zhuǎn)動(dòng)量矩將保持不變，即： ru? =常數(shù) 可見，隨回轉(zhuǎn)半徑 r 的減小，切向速度增大。而在進(jìn)口處， Vu 0?? ， r=R（ R 為旋流器圓柱段半徑）。這樣，旋流器內(nèi)部任一點(diǎn) rR 處，切向速度 Vu 0?? ，在式 31 中，必有 uV0 ,從而 pp0,即流體的靜壓頭轉(zhuǎn)換為速度頭（東壓頭），或者如 Bradly 所說，流體壓力產(chǎn)了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 分級(jí)分離水力旋流器 7 在這樣的旋轉(zhuǎn)流場中，進(jìn)入水力旋流器的固體顆?；蛞旱?、氣泡等所受到的慣性離心力比重力場中所受到的重力要大得多；通常離心力強(qiáng)度 Sgc來表征這種強(qiáng)化作用。 Sgc定義為離心加速度與重力加速度之比 gruSgc2?? 在水力旋流器中，這一比值通常高達(dá)幾十、幾百甚至上千倍，從而大大強(qiáng)化了分離過程。此外，離心力場與重力場的另一顯著區(qū)別是離心加速度對(duì)回轉(zhuǎn)半徑的強(qiáng)烈依賴關(guān)系：在理想流體的情況下， Sgc應(yīng)與 r3 成反比，可見，隨回轉(zhuǎn)半徑的減小，離心力強(qiáng)度急劇增大。 ? ? ?????? ?? uurdd 201821???? 由此可見，在受力平衡的條件下，粒度越大的顆粒，達(dá)到受力平衡后的回轉(zhuǎn)半徑 r 也就越大。這樣，只要水力旋流器內(nèi)的分離空間足夠大，則在離心力場的作用下，不同粒度的顆粒（包括液滴、氣泡）沿旋流器的徑向就形成了一定的分布規(guī)律，這種分布規(guī)律是水力旋流器進(jìn)行有效分離的必要條件。 固體顆粒在水力旋流器內(nèi)達(dá)到規(guī)律分布以后，還須借助于旋流器本身的特殊結(jié)構(gòu)將至分成粗細(xì)兩部分并分別排出，從而最終完成分離作業(yè)。水力旋流器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要有兩個(gè)方面。其一，在柱體上段接入溢流管，它的作用是排 出進(jìn)入溢流管的流體。當(dāng)分散相顆粒的密度大于連續(xù)相流體的密度時(shí)，分散相顆粒將從旋流器的底流口排出。為了減少由于短路的作用而使進(jìn)入旋流器頂部的分散相顆粒直接從溢流管排出從而降低分離效率，在這種旋流器中，溢流管還要向旋流器內(nèi)部插入一定深度。對(duì)于分散相顆粒密度小于連續(xù)相密度的情況，分散相介質(zhì)是從溢流口排出的，因此這種短路不會(huì)降低分離效率，在設(shè)計(jì)溢流管時(shí)沒必要將溢流管插入至旋流器內(nèi)部。其二是主分離區(qū)的錐形設(shè)計(jì)，這種結(jié)構(gòu)亦具有兩個(gè)作用，一方面便于器壁處的顆粒從底流口排出，另一方面可彌補(bǔ)實(shí)際工作中流體的能量耗散而在整個(gè)主 分離區(qū)保持相似的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。一般可以認(rèn)為，旋流器重遠(yuǎn)逐段的主要作用就是是切向進(jìn)口處的流體能夠達(dá)到相對(duì)來說比較均勻的流場，在圓錐段內(nèi)進(jìn)行分離，而圓柱段本身的分離作用并不十分常明顯。 綜上所述，水力旋流器的工作原理應(yīng)包括三部分：首先，依靠切向輸入流體的靜壓力產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；繼而，在該旋流器中完成待分離物料的空間規(guī)律分布；最后，經(jīng)特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)分離。依據(jù)這樣的工作原理，水力旋流器已在諸多分離領(lǐng)域獲得應(yīng)用。可以說，凡是牽涉到不相容的兩相或多相液體混合物分離的場合，水力旋流器皆可發(fā)揮其作用。 基本結(jié)構(gòu) 水力旋流 器之所以能在眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，是由于它具有結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小、設(shè)備成本低和處理能力大等眾多優(yōu)點(diǎn)。在這些優(yōu)點(diǎn)中，其結(jié)構(gòu)簡單是首要一點(diǎn)。但是，隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)水力旋流器提出了更多的要畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 分級(jí)分離水力旋流器 8 求。為了提高常規(guī)水力旋流器的性能，多年來對(duì)水力旋流器的結(jié)構(gòu)及其形式進(jìn)行了許多獨(dú)特的改進(jìn)，是水力旋流器的結(jié)構(gòu)形式日趨多樣化。 典型的常規(guī)水力旋流器的器壁為柱錐形筒體結(jié)構(gòu)，其上部為圓柱筒體，下部為圓錐體。其大體結(jié)構(gòu)有進(jìn)料口，溢流管，底流管，出料口等幾部分構(gòu)成，大體如下圖所示。 圖 水力旋流器結(jié)構(gòu)圖 1．進(jìn)口管 （或排氣管） 水力旋流器的局部結(jié)構(gòu)類型 水力旋流器的局部結(jié)構(gòu)包括進(jìn)料口結(jié)構(gòu)，溢流管結(jié)構(gòu)，底流管結(jié)構(gòu)和旋流器器壁結(jié)構(gòu)。 1． 進(jìn)料管結(jié)構(gòu) 進(jìn)料管結(jié)構(gòu)一般又包括橫截面形狀、縱截面形狀以及與旋流器頂部柱段相貫的形狀等幾方面內(nèi)容 。橫截面形 狀也成為斷面形狀，一般以圓形截面用得最為廣泛。在實(shí)際應(yīng)用中，也有些旋流器的進(jìn)料管截面為矩形，這樣能使進(jìn)料口處液體的湍動(dòng)和擾動(dòng)程度減弱，從而降低水力旋流器的能量耗損。進(jìn)料口縱截面的形狀一般指與旋流器軸線相垂直的進(jìn)料觀眾心弦的截面形狀，通常為兩條平行線雖未成的不收縮形通道，也有許多水力旋流器采用具有收縮形縱截面的進(jìn)料管，這樣可使流體在進(jìn)料口處加速以堅(jiān)強(qiáng)旋流器內(nèi)的離心力強(qiáng)度，是水力旋流器內(nèi)的細(xì)粒分選更加有效。水力旋流器得進(jìn)料管一般為二維結(jié)構(gòu)，它與水力旋流器柱鈍相接形式通常為切線形，切線形容易造成進(jìn)料口處的擾動(dòng)和湍 動(dòng)，而且由于流體的轉(zhuǎn)向損失和渦流損失等而造成較大的局部阻力，所以這種進(jìn)料管引起的進(jìn)料部位局部能量耗損巨大。于是，除切線形進(jìn)料管外，還出現(xiàn)了漸開線形，弧線型，螺畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 分級(jí)分離水力旋流器 9 旋線型，同心圓型以及多管對(duì)稱進(jìn)料等多種形式。這些形式能使進(jìn)料部位能耗降低，是處理能力增大。為了使流體進(jìn)入水力旋流器的流動(dòng)水力旋流器內(nèi)流體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)之間的流動(dòng)角度差減小，從而減小因流體轉(zhuǎn)向損失引起的局部阻力，可采用三維螺旋形進(jìn)料管，這樣能使進(jìn)口處的擾動(dòng)和湍流脈動(dòng)得到有效控制，降低了進(jìn)口部位能耗，提高了水力旋流器的處理能力。 ] 水力旋流器的溢 流管一般為薄壁直圓管。一般情況下，固液旋流器中的溢流管要向圓柱段內(nèi)插入一定深度，而輕質(zhì)分散相水力旋流器的溢流管一般直接與旋流器的頂蓋連接、不向圓柱段插入。為了消除薄壁紙圓管對(duì)重質(zhì)分散相水力旋流器性能的某些不良影響，或?yàn)榱耸剐髌饔糜谀承┨厥鈭龊希藗兲岢隽嗽S多水力旋流器