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旋流WILKERSON威爾克森過(guò)濾器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及性能
旋流WILKERSON過(guò)濾器是一種多機(jī)理、多功能化的新型固液分離設(shè)備。它將旋流與過(guò)濾結(jié)合成一個(gè)有機(jī)的整體,兼具了普通旋流器的無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、操作方便等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)又引入了過(guò)濾機(jī)理,使旋流器的分離性能得到了有效地改善,應(yīng)用領(lǐng)域更加廣闊。

旋流WILKERSON威爾克森過(guò)濾器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及性能
利用CFD軟件Fluent，采用RNG k-ε模型對(duì)旋流WILKERSON過(guò)濾器內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行模擬，通過(guò)三維多孔介質(zhì)模型和一維多孔介質(zhì)模型的結(jié)合使用，得到了旋流WILKERSON過(guò)濾器的液固兩相流場(chǎng)。改變操作參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比研究，得到以下結(jié)論：旋流WILKERSON過(guò)濾器內(nèi)部的流動(dòng)可以明顯的分為四類流動(dòng)形式，即內(nèi)螺旋流，外螺旋流，循環(huán)流，過(guò)濾流。旋轉(zhuǎn)流產(chǎn)生的離心力場(chǎng)是液固分離的主要?jiǎng)恿ΑＧ邢蛩俣鹊拇笮?、軸向速度的大小以及內(nèi)旋流和外旋流的分界位置對(duì)旋流WILKERSON過(guò)濾器的液固分離效率具有決定性的影響。在邊壁附近形成一個(gè)環(huán)帶狀的低壓區(qū)，有利于固體顆粒的分離。隨著入口流量的增加，旋流WILKERSON過(guò)濾器的液固分離效率不斷提高，同時(shí)壓降和過(guò)濾流量也不斷提高。隨著底流率的增加，旋流WILKERSON過(guò)濾器的液固分離效率不斷提高，但壓降和過(guò)濾流量也不斷降低。隨著錐角的增加，旋流WILKERSON過(guò)濾器的液固分離效率不斷降低，同時(shí)壓降上升，過(guò)濾通量下降。當(dāng)多孔介質(zhì)層阻力系數(shù)在一個(gè)數(shù)量級(jí)范圍內(nèi)增加時(shí)，旋流WILKERSON過(guò)濾器的液固分離效率基本不發(fā)生變化，而壓降有非常微小的升高，過(guò)濾流量有大幅度的下降。隨著固體顆粒粒徑的增加，旋流WILKERSON過(guò)濾器的液固分離效率不斷提高，對(duì)壓降和過(guò)濾流影響不大。通過(guò)與水力旋流器的相比研究，旋流WILKERSON過(guò)濾器具有能耗低，效率高的優(yōu)點(diǎn)。作為旋流器來(lái)看,它增加了一股過(guò)濾流,處理量更大;作為過(guò)濾器來(lái)看,由于高速剪切力的作用而阻止了濾餅的生成,可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化操作。根據(jù)軸流導(dǎo)葉式水力旋流器的基本結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)和制造了幾組旋流WILKERSON過(guò)濾器樣機(jī),在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)其進(jìn)行了分離性能的研究,并在實(shí)驗(yàn)中對(duì)過(guò)濾筒長(zhǎng)和過(guò)濾錐角兩個(gè)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理,結(jié)合理論分析,確定合理的結(jié)構(gòu)方案,同時(shí)分析了進(jìn)料量Qi、底流率Rf、進(jìn)料濃度ci、壓力降Δp的影響,確定合理的操作參數(shù),zui后回歸分析出分級(jí)效率ηi(δ)、生產(chǎn)能力Qi和過(guò)濾介質(zhì)透水阻力Rm的模型公式。

旋流WILKERSON威爾克森過(guò)濾器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及性能
實(shí)驗(yàn)表明,該旋流WILKERSON過(guò)濾器能夠有效降低能耗,提高生產(chǎn)能力,并能在高進(jìn)料量下達(dá)到良好的分離效果。對(duì)這部分工作的研究將為旋流WILKERSON過(guò)濾器的進(jìn)一步研發(fā)與應(yīng)用奠定一定的基礎(chǔ),從而為應(yīng)用日益廣泛的固液分離設(shè)備增加一種可供選擇的方案。