【正文】 數(shù)值模擬驗(yàn)證了以前的部分。 圖12 不同流量的分離效率比較圖13 不同流量下分流比及壓降的比較十種不同尺寸的水力旋流器（表3）的流動(dòng)模式數(shù)值模擬已經(jīng)在這邊提供。正如預(yù)期的那樣，增大流量會(huì)使流動(dòng)壓降將大幅增加。因此，不能將出現(xiàn)粒子分離。這是由于下溢噴嘴在高進(jìn)口流量下抖動(dòng)。 水力旋流器的流量影響由于水力旋流器可能會(huì)受操作條件的影響，如入口流量；所以，做關(guān)于其影響水力旋流器的效率的調(diào)查是有價(jià)值的。這是由于RSM模型比LES模型精度低，在預(yù)測(cè)通常受到流動(dòng)跡線影響的更高的流量比和更多的分散顆粒。所以，來自連續(xù)和離散相模擬的分離效率的結(jié)果表明沒有提高精度。假如忽視渦流在顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡的直接影響并用隨機(jī)模型替換，LES模型的基本優(yōu)勢(shì)就會(huì)被忽略了。第二個(gè)原因，明顯比第一個(gè)重要，（那就是）離散相模擬的誤差。圖11 三種湍流方法的分離效率與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較在這方面，可以認(rèn)可兩個(gè)個(gè)別理由。LES和RSM模型的預(yù)測(cè)尺寸分級(jí)的對(duì)比表明兩種方法預(yù)測(cè)尺寸分級(jí)幾乎相同。這是由于RNGkε模型沒有考慮空芯。圖9 粒子離開水力旋流器的軌跡，a是從上溢口、b是從下溢口圖10 單位粒子數(shù)量的分離效率同樣，上溢流中存在可用部分，但是這種做法在礦物加工領(lǐng)域并不常見。圖11顯示定義為各尺寸級(jí)的固體顆粒底流出口的分選曲線，換句話說，尺寸i級(jí)的固體的質(zhì)量比通過進(jìn)給中尺寸為i的質(zhì)量比劃分。每一次運(yùn)轉(zhuǎn)被重復(fù)5次，提取平均值。因此，我們認(rèn)為1500個(gè)粒子的數(shù)目等于網(wǎng)格數(shù)。因此，想要一個(gè)精確分析，粒子必須分布在入口的整個(gè)表面。因此，一定數(shù)量的粒子并不影響結(jié)果。由于進(jìn)給液中固體顆粒的體積百分比少于5%，固相、水相沒有必要?jiǎng)恿狂詈稀＿@些數(shù)據(jù)隨后被用于產(chǎn)生旋流器分配曲線。每一轉(zhuǎn)，同時(shí)注入1500同樣大小的粒子，該材料的密度維持在2600kg/m3，相當(dāng)于沙子的密度。 表2 壓降預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值的比較 壓降（Pa） 誤差（%）實(shí)驗(yàn)值 46700 —RNG k–ε模型 35403 RSM模型 39685 LES模型 41104 粒徑分類顆粒大小分類模擬是通過注射一定數(shù)量每個(gè)尺寸級(jí)別的粒子來穿過進(jìn)口面并由上溢流（圖9a）或者下溢流（圖9b）追蹤他們的出口。由于出口接觸空氣，壓降就等于進(jìn)口壓力。表2顯示了實(shí)驗(yàn)的壓降值與三個(gè)模型預(yù)測(cè)數(shù)值的比較。然而，LES的效果優(yōu)于其他兩個(gè)模型。同時(shí)，利用RSM模型，預(yù)測(cè)的速度剖面在旋流器的頂部和中間部分與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合得很好。圖5 在60mm處截面預(yù)測(cè)切向速度剖面與實(shí)驗(yàn)值的比較圖6 在120mm處截面預(yù)測(cè)切向速度剖面與實(shí)驗(yàn)值的比較圖7 在175mm處截面預(yù)測(cè)切向速度剖面與實(shí)驗(yàn)值的比較圖8 預(yù)測(cè)空芯的形狀，a是在RNG kε湍流模型（a=），b是在RSM湍流模型（a=），c是在LES湍流模型（a=）LES計(jì)算追蹤的軸向和切向速度比其他兩個(gè)湍流模型更加接近（真實(shí)值）。在以上討論基礎(chǔ)上，RNGkε模型分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不相吻合。圖2 在60mm處截面預(yù)測(cè)軸向速度剖面與實(shí)驗(yàn)值的比較圖3 在120mm處截面預(yù)測(cè)軸向速度剖面與實(shí)驗(yàn)值的比較圖4 在175mm處截面預(yù)測(cè)軸向速度剖面與實(shí)驗(yàn)值的比較在RNGkε模型，視渦流粘度為各向同性，而在湍流旋轉(zhuǎn)流，渦流粘度各向異性。所作的預(yù)測(cè)在一個(gè)僅低于芯管（距離頂部60毫米）的平面，一個(gè)在圓柱部分末端往上（距離頂部175毫米）的平面和一個(gè)中間錐面（距離頂部120毫米從上）。選擇這些位置給出概括性描述的預(yù)測(cè)。在實(shí)驗(yàn)[14]中，測(cè)量了在不同的位置的速度分布圖。此外，還使用RNG次網(wǎng)格。而且網(wǎng)方案，kε和RSM仿真條件以及實(shí)驗(yàn)室模型的詳細(xì)內(nèi)容在前期工作[16]已經(jīng)討論過。配水的研究表明，更高的網(wǎng)格密度會(huì)得到更好的預(yù)測(cè)。因此，在目前的研究中，使用上述方法執(zhí)行粒子跟蹤。該方法中含有一個(gè)特殊的假設(shè)，說第二階段是充分稀釋的，粒子與粒子之間的影響及粒子體積分?jǐn)?shù)在初級(jí)階段是可以忽略不計(jì)的。 由于湍流尚處于初始階段，隨機(jī)軌道模型選擇的是分散粒子。）下溢口直徑（mm）進(jìn)流比（kg/s）75752550252020實(shí)現(xiàn)旋流器中的粒子分離，采用離散相模型（DPM）技術(shù)。簡(jiǎn)單的算法用于耦合的連續(xù)性和動(dòng)量方程。減少數(shù)值擴(kuò)散的影響，用高階離散化方案來模擬旋流器。 仿真一個(gè)隔離的、穩(wěn)態(tài)、3D雙精度是隱式求解程序用于模擬水力旋流器中流量和湍流。2 模型描述 描述及水力旋流器的幾何仿真Hsieh[14]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是驗(yàn)證速度分布、確認(rèn)和研究分離效果和研究主體尺寸的基礎(chǔ)情況。根據(jù)仿真，對(duì)溢底直徑和錐角對(duì)分離性能和壓降的影響進(jìn)行了研究。在本文中，我們撰寫了泥漿進(jìn)料的霍森旋流器[14]的多相CFD研究結(jié)果，那里的湍流已經(jīng)解決，利用三個(gè)湍流模型， RNGkε模型、雷諾應(yīng)力模型（RSM）和大渦模擬（LES）。更重要的是，選擇的幾何尺寸可以被快速地檢查。這歸功于計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展和對(duì)湍流的數(shù)值處理的更好了解。在一個(gè)廣泛的設(shè)計(jì)和操作條件下，CFD提供了一種速度剖面預(yù)測(cè)。這項(xiàng)結(jié)果成為了許多后續(xù)調(diào)查的基準(zhǔn)。自1950年以來，一系列有關(guān)水力旋流器的操作的論文已經(jīng)發(fā)表，有些數(shù)學(xué)模型描述速度剖面，壓力降和分離旋流器的分離效率（雙月刊）。圖1 傳統(tǒng)水力旋流器的原理圖第一個(gè)水力旋流器專利是Bretney[1]發(fā)表的。此外，模型試驗(yàn)會(huì)消耗太多的時(shí)間，需要很大代價(jià)。水力旋流器通常是在設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)公式基礎(chǔ)上來確定它們的幾何和操作參數(shù)。一個(gè)入口管，如圖1所示，與頂部鋼筒相連。這個(gè)流行的原因在于設(shè)計(jì)和操作簡(jiǎn)單，具有產(chǎn)量高、低維護(hù)和操作成本。預(yù)測(cè)結(jié)果表明，不同大小和長度的旋流器中旋流場(chǎng)不同，并有不同的處理量。利用響應(yīng)面模型預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較發(fā)現(xiàn)在臨界誤差在4至8%之內(nèi)。結(jié)果用于隨機(jī)拉格朗日模型描述顆粒流的模擬。三種模式的湍流，RNG kε模型、雷諾應(yīng)力模型和用多相模型的流體模型體積（VOF）來比較模擬空氣中心的大渦模擬，以預(yù)測(cè)軸向和切向速度的分布。在此謹(jǐn)向他表示深深的敬意，并對(duì)他為學(xué)生所付出的大量心血表示衷心地感謝。在我進(jìn)行本論文的研究期間，楊老師從開題論證、方案設(shè)計(jì)到論文的完成都給予了我相當(dāng)大的幫助，每一個(gè)環(huán)節(jié)都傾注了楊老師大量的心血和精力。參考文獻(xiàn)[1] [J].,19(3):109113.[2] 蔣明虎,[J]., 4:1719[3] 王尊策,張雙,呂鳳霞,[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2009,38(4):4547.[4] 王尊策,[J].石油學(xué)報(bào),2001,22(4):104107.[5] [D].大慶:大慶石油學(xué)院,2003.[6] 蔣明虎,趙立新,李楓,[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2000.[7] 蔡小華,袁惠新,王躍進(jìn),[J].江南大學(xué)學(xué)報(bào),2002,1(4):391393.[8] 劉曉敏,檀潤華,劉銀梅,[J].化工進(jìn)展,2005,24(6):671674.[9] 劉曉敏,蔣明虎,趙文欣,[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2003,32(3):3234.[10] 劉曉敏,蔣明虎,李楓,——內(nèi)在因素、外在條件、結(jié)構(gòu)工藝及裝配的影響[J].機(jī)械設(shè)計(jì),2002,23(3):1518.[11] 李楓,趙立新,王尊策,[J].石油機(jī)械,2000,28(5):1417.[12] [D].大慶:大慶石油學(xué)院2001.[13] 劉曉敏,劉銀梅,蔣明虎,[J].化工機(jī)械,2006,33(2):122125.[14] 李太平,馮傳令,陽仁俊,[J].過濾與分離,2006,16(1):4344.[15] 趙立新,王尊策,李楓,——分離設(shè)備發(fā)展的新途徑[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,1999,28(6):4042.[16] 王尊策,劉曉敏,李楓,[J].機(jī)械設(shè)計(jì),2003,20(2):1113.[17] 洪遠(yuǎn),廖柯熹,王雯娟,[J].機(jī)械設(shè)備——油氣儲(chǔ)運(yùn),2010,29(7):511.[18] Martins C A C, Hackenberg C M, Russo C, et a1. 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