湍流对水力旋流器内颗粒运动行为影响的数值模拟研究.pdf

章节一：引言
-研究背景和意义
-国内外研究现状和进展
-研究目的和内容

章节二：数值模拟方法
-水力旋流器模型建立
-流场计算方法
-颗粒运动模拟方法

章节三：湍流对颗粒运动的影响
-颗粒运动的基本规律
-湍流对颗粒运动的影响机理
-湍流对颗粒运动的数值模拟方法

章节四：数值模拟结果与分析
-颗粒运动规律的数值模拟结果
-湍流对颗粒运动的影响分析
-影响因素对颗粒运动的影响分析

章节五：结论与展望
-研究结论和贡献
-研究不足和展望
-实践应用前景和意义第一章节：引言

水力旋流器是一种用于液-固分离的设备，可在多个行业中应
旋转的涡流，使颗粒物沉积到旋流器底部，从而实现液固分
离。水力旋流器具有结构简单、操作方便、效率高等优点。然
而，水力旋流器的颗粒物分离效果和流量稳定性可以受到湍流
的影响。

湍流是一种流体运动状态，具有涡旋混合和能量损失等特性。
水力旋流器在使用过程中，液体将以高速旋转的方式进入旋流
腔内，此时液体会形成湍流流动，并影响颗粒物的沉降过程。
近年来，数值模拟方法的发展使得对于液-固分离设备内部颗
粒物分布状况的研究有了更深入的了解，也为对于水力旋流器
内颗粒运动的研究提供了可靠的工具。

本论文旨在通过数值模拟方法，研究湍流对水力旋流器内颗粒
运动行为的影响。首先，本章节将介绍研究背景和意义。随后，
将从国内外研究现状和进展以及研究目的和内容两方面阐述本
研究的意义和贡献。

一、研究背景和意义
水力旋流器是一种有效的液-固分离设备，在工业生产过程中
得到了广泛的应用。然而，水力旋流器内部液流具有高速旋转
的特点，这种特殊的流动状态会对颗粒物的沉降产生影响，导
致颗粒物分离效果不佳，影响设备的稳定运行。因此，对于水
力旋流器内部流场结构和颗粒物分布规律进行深入研究，有助
于进一步提高旋流器的分离效果和流量稳定性。

二、国内外研究现状和进展
程度有关。因此，许多研究学者通过数值模拟的方法，对水力
旋流器内部流场结构和颗粒物分布规律进行了深入研究。例如，
等（2018）通过数值模拟的方法，研究了水力旋流器中不
同粒径颗粒物的沉降规律及其对旋流器分离性能的影响，结果
表明，颗粒物粒径对旋流器的分离效果有着显著的影响。

三、研究目的和内容
本研究旨在通过数值模拟的方法，分析湍流对水力旋流器内颗
粒物分布和运动的影响。具体研究内容包括：建立水力旋流器
数值模型；数值模拟水力旋流器内的湍流流动场；模拟颗粒物
在水力旋流器内的沉降过程及其沉降规律。通过分析上述内容，
得出湍流对颗粒分离效果的影响规律，为提高水力旋流器分离
效率提供基础数据。

本章节阐述了研究背景和意义、国内外研究现状和进展以及研
究目的和内容，为后续章节的阐述奠定了基础。第二章节：文
献综述

随着数值模拟技术的不断发展，对于水力旋流器内部流场结构
和颗粒物分布规律的研究也越来越深入。本章节将从数值模拟
方法、水力旋流器内部流场分析以及颗粒物分布规律分析三个
方面，综述近年来国内外学者的研究成果和进展。

一、数值模拟方法
数值模拟方法是近年来研究水力旋流器的重要手段之一，其通
过计算机模拟流场内部的流动和颗粒物分布情况，从而得到人
欧拉方法的流体力学（）和基于拉格朗日方法的离散元
（DEM）方法两种。

基于欧拉方法的CFD方法是目前常用的数值模拟方法之一。
通过将流场分成小的控制体，利用Navier-Stokes方程对每个
控制体进行数值求解，得到流场内各点的速度、压力、温度等
信息。该方法适合研究大规模流场及复杂几何形状的设备，但
在处理颗粒物的沉降问题时存在一定的困难。

基于拉格朗日方法的DEM方法，则更加适合处理颗粒物在液
体中的运动问题。该方法通过考虑颗粒物的大量离散微观单元，
利用质点运动定律模拟颗粒物在流场中的运动情况，能够模拟
颗粒物的沉降过程和细节信息。然而，DEM方法需要考虑大
量的颗粒物离散单元，计算量巨大，且其对于流场内其他物质
的影响难以考虑。

二、水力旋流器内部流场分析
水力旋流器内部流场结构是影响颗粒物分离效果的重要因素。
根据研究成果，可以将水力旋流器内流场分为三个区域：旋流
腔、半环形入口和圆形出口。其中，旋流腔流场与液体转相似，
液体在轴线周围形成旋涡，而圆形出口处则呈现射流特征。

通过数值模拟方法，可以得到水力旋流器各部分内部流场的分
布情况。在Liu等（2019）的研究中，他们通过CFD方法研
究了水力旋流器内部流场结构和颗粒物分离效果之间的关系。
结果表明，当流量和粒径一定时，水力旋流器内的螺旋流会因
涡旋角度的增加而增加，从而导致颗粒物的沉降速度增加，分
离效果得到提升。

三、颗粒物分布规律分析
颗粒物分布规律是研究水力旋流器液-固分离效果的关键。据
了解，在水力旋流器中，