水力旋流器分离过程非线性随机特性研究

论文摘要

随着现代工业的飞速发展,分离工程已越来越多的应用在石油、化工、医药、生物、环境治理等领域,作为中高技术分离设备的旋流器已广泛应用在油水分离、液固分离、分级、分选等领域。虽然它的结构不复杂,但它的内部流场却非常复杂,一般认为存在内旋流、外旋流、短路流和循环流。在长期的应用实践中,它得到了国内外专家学者的重视,并提出了平衡轨道理论、停留时间理论、阻塞理论、两相湍流理论四个理论分离模型和达尔斯特罗姆、普里特等经验模型,但是由于受到三维流场作用以及流体压力、流量、浓度等因素的影响,导致目前尚无统一完整的定量描述方法,针对这些问题,本文对颗粒的受力特性及跟随性、流场和粒子运动的数值模拟、空气核特性及粒子运动轨迹实验测定、随机分离理论等方面进行了研究,探明了旋流器内粒子随机运动特征,建立了随机分离的理论模型,这为旋流器的推广应用提供了依据。通过对固体颗粒的受力分析,提出在确定性基础上加上随机影响因素来描述颗粒精准运动,即。此外对粒子在径向、轴向、切向的跟随性进行了分析,结果表明在旋流器径向、轴向、切向方向上都存在着跟随性差异,且跟随性差异与颗粒的粒径、密度、流体性质和湍动强度有关;最后对旋流器内颗粒粒度和浓度分布进行了分析,并认为在旋流器内除底流口外在柱锥交界区域存在高浓度区。在流场的数值模拟计算中,采用雷诺应力模型(RSM)进行了模拟计算。模拟结果显示,旋流器流场除在进出口区域存在不对称外,在柱段和锥段的分离主体部分也存在不对称性。流场的不稳定性主要受到旋流器的进口结构布置、进口速度、旋流器锥角等因素的影响;进口对称布置、小流速、中心加固棒等情况下流场对称性好,对单进口、大流量条件流场对称性比较差。其次,模拟

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 旋流器分离性能模型研究进展
• 1.2 旋流器流场研究进展
• 1.3 水力旋流器结构
• 1.4 流体湍动流动的数学模型及数值模拟研究进展
• 1.5 非线性数学方法在旋流器中的应用发展
• 1.6 本课题研究的目标、技术路线和研究内容
• 2 水力旋流器内粒子运动行为和受力行为的理论分析
• 2.1 描述粒子精准运动的基本思想
• 2.2 旋流器内颗粒的受力分析
• 2.3 旋流器内颗粒与液体的跟随性分析
• 2.4 底流夹细和溢流跑粗分析
• 2.5 旋流器内颗粒粒度分布规律
• 2.6 旋流器内固体颗粒的浓度分布
• 2.7 小结
• 3 旋流器湍流流动的数值模拟及流场特性分析
• 3.1 湍流数学模型
• 3.2 模型结构
• 3.3 湍流模型的数值计算方法
• 3.4 流场模拟结果及流场特性的新认识
• 3.5 应用数值模拟方法对旋流器空气核特性的探讨
• 3.6 小结
• 4 旋流器固体颗粒随机轨迹的数值模拟及分离特性分析
• 4.1 控制方程
• 4.2 边界条件
• 4.3 颗粒轨道计算
• 4.4 模拟结果与讨论
• 4.5 粒级效率估算
• 4.6 结论
• 5 旋流器内空气核的实验测定及其对分离影响的分析
• 5.1 实验装置
• 5.2 高速摄像系统简介
• 5.3 空气核产生发展过程及其特征
• 5.4 小结
• 6 旋流器内粒子运动轨迹的实验测定及粒子运动跟随性分析
• 6.1 实验材料
• 6.2 实验方案
• 6.3 实验过程
• 6.4 实验结果与讨论
• 6.5 小结
• 7 固—液旋流器的随机分离机理
• 7.1 固体颗粒在旋流器中随机运动特征
• 7.2 随机过程的基本知识
• 7.3 随机分离理论在固液旋流器中的应用研究
• 7.4 基于随机分离理论的数学模型
• 7.5 旋流器的随机分离理论
• 7.6 小结
• 8 固液旋流分离器的非线性人工神经模拟
• 8.1 人工神经网络的发展
• 8.2 神经网络方法
• 8.3 BP 神经网络模型及MATLAB 简介
• 8.4 旋流器模拟模型的构建
• 8.5 各层单元的确定
• 8.6 基于MATLAB 工具箱的BP 神经网络的程序设计
• 8.7 小结
• 9 结论与创新点
• 参考文献
• 作者在读期间成果
• 致谢