旋转旋流离心机转鼓内流体动力学研究

1、    旋转旋流离心机转鼓内流体动力学研究                         更新时间：2010-03-09 15:50:44               

2、                                                  

3、范强   李永杰                              (西南石油大学,四川成都610500)    摘要：以流体动力学基本方程为基础,在“层流”流态下,对旋转旋流离心机转鼓内流体流动的速度场和压力场进行

4、60;了分析计算,推导出了转鼓内流体的速度和压力的计算公式,它们是计算离心机处理量和分离粒度的理论基 础,同时也是离心机转鼓强度计算的理论依据。    关键词：离心机;旋流分离器;流体速度;流体动力学    中图分类号：TH452文献标识码：A文章编号：1006-4414(2009)04-0047-03    1随动圆柱坐标系下流体动力学基本方程    1.1连续性方程    在随动圆柱

5、坐标系下,恒定流动不可压缩流体的动力学基本方程为1, 2:                  式中:ur,u,uz分别为流体的速度在径向、周向及轴向的投影。    1.2纳维埃-斯托克斯方程    纳维埃-斯托克斯方程是考虑流体粘性的情况下,流体的速度和受力间的关系式,其方程形式为:    

6、;             式中:1为流体的密度, kg/m3;v为体的运动粘度, m2/s;L1为哈密尔顿算子; 为拉普拉斯算子。    在圆柱坐标系下:                    &#

7、160;             2层流状态下旋转旋流离心机转鼓内流体的流动分析    旋转旋流离心机的结构示意图如图1所示。主要有加速器、转鼓、左端盖、右端盖、支撑系统、密封系统等组成。                   其工作原理3为

8、:主电机通过三角皮带带动整 个旋转系统旋转的同时,待分离的悬浮液通过进料管 在压力的作用下进入加速器的中心孔,并沿径向流动 进入加速器的螺旋流道,以高于转鼓的超前速度进入 转鼓的内腔,从而把旋转离心力场和旋流离心力场有 机结合起来,在离心力场的作用下,固相颗粒沿径向 沉降并沿轴向移动从排渣口排出,而液相和较小的固体颗粒,从插入管排出,从而完成固液分离。    设转鼓内流体的流动状态为层流,同时满足以下假设。    (1)转鼓内流体的流动是轴对称,即各参数对

9、的偏导数等于零。    (2)旋转旋流共同作用后,使流体以角速度 (r)旋转,并相对于转鼓有周向超前。    在这种流态下,可以认为ur,u,uz仅与r有关, 而与,z, t无关。则连续性方程和纳维埃斯托克 斯方程变为如下形式:                     

10、径向速度恒等于0,这与流体处于层流的假设相 符合。    2. 2周向速度u 将u0代入式(7)得:                                式中:为转鼓的旋转角速度, 1/s;

11、*为转鼓内流体 的旋转角速度, 1/s。    (1)当1=1,2=1时,*/=1。转鼓内的流 体与转鼓同步旋转,相当于旋转单独作用时,流体不 存在周向滞后,或者流体在周向相对于转鼓有周向滞 后,而加速器(旋流)的作用仅仅是阻止流体的滞后。                    图2表示了层流流态下,转鼓内流

12、体周向速度沿 径向的变化规律。    2. 3轴向速度uz    由式(7),式(8)两式得:                   转鼓中流体的轴向速度的变化规律如图3所示。           &#

13、160;       2.4径向压降    将u=代入式(8),积分并代入边界条件得:                   式中:p1是由转鼓的旋转产生的径向压降;p2是转鼓静止,旋流单独作用产生的径向压降;p3是旋转和旋流相互作用产生的径向压降。    旋转

14、旋流离心机转鼓中,径向压降沿半径方向的变化规律如图4所示。将r=r2代入式(13),即可得到转鼓中物料层作用于转鼓壁的离心液压的表达式。                            式中:Pmax是计算旋转旋流离心机转鼓强度的依据。                3结论    在“层流”流态下,以流体动力学基本方程为基 础,对旋转旋流离心机转鼓内流体流动的速度场和压 力场进行了分析计算,它们是计算该型离心机处理量 的分离粒度的理论基础,同时也是旋转旋流离心机强 度设计计算的理论依据。参考文献:1孙启才.离心机的原理结构及设计计算M.北京:机械工业出