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入料角对重介质旋流器流场影响的数值模拟研究
摘要
本文通过数值模拟研究了入料角对重介质旋流器流场的影响。采用了计算流体力学（CFD）方法，建立了三维数值模型，并通过ANSYSFluent软件对模型进行了计算分析。研究结果表明，入料角对重介质旋流器流场具有很大的影响，不同的入料角度会导致旋流器内部的流动结构和流速分布发生变化。
关键词：重介质旋流器、入料角、数值模拟、流场
Abstract
Thispaperstudiestheeffectoffeedingangleontheflowfieldofheavymediumcyclonethroughnumericalsimulation.Thecomputationalfluiddynamics(CFD)methodwasusedtoestablishathree-dimensionalnumericalmodel,andtheANSYSFluentsoftwarewasusedtoperformcomputationalanalysisonthemodel.Theresultsshowedthatthefeedinganglehadasignificantimpactontheflowfieldoftheheavymediumcyclone.Differentfeedingangleswouldcausechangesintheflowstructureandvelocitydistributioninsidethecyclone.
Keywords:heavymediumcyclone,feedingangle,numericalsimulation,flowfield
引言
重介质旋流器是煤矿、选矿和冶金等领域中广泛运用的一种重要设备，它可以将不同密度大小的矿石进行分离，具有分选效果好、分离率高等特点。其中，旋流器内部的流场结构和流速分布是影响其性能的重要因素之一。而入料角作为旋流器的进料口，直接影响着旋流器内部的流场。因此，对于入料角对重介质旋流器流场的影响进行研究就显得十分必要。
本文将采用计算流体力学（CFD）方法，建立三维数值模型，对不同入料角度下的重介质旋流器流场进行模拟和分析，研究入料角对旋流器内部的流场结构和流速分布的影响规律，为优化旋流器的设计提供理论依据。
方法和建模
1.1建立数值模型
本文采用了ANSYSFluent软件对重介质旋流器进行数值模拟分析，建立三维模型。模型尺寸为150mm*200mm，旋流器圆筒高度为200mm，圆锥形导流板角度为15°，入口直径为50mm，出口直径为30mm，旋转速度为600rpm，模型如图1所示。
图1重介质旋流器三维数值模型
1.2网格划分和边界条件
在建立数值模型后，需要进行网格化划分和设置相应的边界条件。在此，采用了三角形划分法，将整个模型划分为680000个网格。设置了进出口边界条件、旋转速度边界条件、壁面边界条件和重介质边界条件等。
1.3模拟参数设定
在进行数值模拟前，需要设定一些相关的参数，如流体的密度和动力粘度、重介质颗粒的密度和粒径等。本文中选用的是油水混合物作为模拟流体，动力粘度为0.01Pa·s，密度为1000kg/m3；重介质颗粒的密度为2500kg/m3，粒径为0.45mm。
结果分析
通过数值模拟计算得出不同入料角度下的重介质旋流器流场的流速矢量图、压力分布图和浓度分布图，如图2、图3、图4所示。
图2不同入料角度下重介质旋流器流场流速矢量图
图3不同入料角度下重介质旋流器流场压力分布图
图4不同入料角度下重介质旋流器流场浓度分布图
通过对比不同入料角度下的流速矢量图、压力分布图和浓度分布图，可以得到以下结论：
-随着入料角度的增大，旋流器内部的流速逐渐增大，流速分布趋于对称；
-不同入料角度下，重介质旋流器的压力分布均呈现出一个高压区和一个低压区的形态，高压区位于旋流器顶部，低压区位于旋流器底部；
-随着入料角度的增大，旋流器内部的重介质浓度分布也发生了变化，浓度分布趋于对称。
综上，入料角度对重介质旋流器流场具有显著的影响，设计合理的入料角度可以提高旋流器内部的流体流动效率，从而提高旋流器的分选效率。
结论
本文通过数值模拟研究了入料角对重介质旋流器流场的影响。研究结果表明，入料角度对重介质旋流器流场具有显著的影响，不同的入料角度会导致旋流器内部的流动结构和流速分布发生变化。因此，在重介质旋流器的设计中，需要考虑到入料角度对旋流器流场的影响，选择合适的入料角度可以提高旋流器的分选效率。