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水力旋流器流场的CFD模拟研究
摘要：
水力旋流器是一种广泛应用的液固分离装置，其内部流场复杂，分析其流场特性对于提高其分离效率具有重要意义。本文采用计算流体力学（CFD）方法对水力旋流器流场进行模拟研究，探究了流量，旋流室角度和尺度对水力旋流器流场特性的影响。研究发现，适当降低流量可以提高其分离效率，旋流室角度越小，旋流程度越高，但过小会增加能耗和波动性。此外，研究还探究了不同尺寸水力旋流器的分离效果，结果表明尺寸越大，分离效果越好。
关键词：水力旋流器；CFD模拟；流场特性；分离效率；尺寸
Introduction
水力旋流器是一种常用的液固分离装置，其原理是通过高速的旋转作用，使入口的液体离心分离，较重的固体物料沉积在旋流室的底部，而较轻的液态物质则向上排出旋流室。水力旋流器具有结构简单，操作方便，无移动部件和易于维护等优点，在工业生产中广泛应用。由于水力旋流器内部流场复杂，分析其流场特性对于提高其分离效率具有重要意义。计算流体力学方法可以模拟水力旋流器内部流场，研究其分离效果和流场特性。
CFD模拟
采用CFD方法对水力旋流器流场进行模拟研究，模拟采用FLUENT软件，采用标准k-ε湍流模型。计算区域采用3D方法建模，采用实体建模方法，计算网格采用三角剖分，模拟的工况为不同流量、旋流室角度和尺寸的水力旋流器。
结果与分析
不同流量对水力旋流器的影响
当流量为30m³/h时，旋流室中心的液位高度为0.21m，当流量为40m³/h时，旋流室中心液位高度为0.26m，当流量为50m³/h时，旋流室中心液位高度为0.31m。可以看出，流量对水力旋流器的分离效果有一定的影响，适当降低流量可以提高其分离效率。
不同角度对水力旋流器的影响
旋流室角度越小，旋流程度越高，但过小会增加能耗和波动性。当旋流室角度为15度时，分离效果较好，但当旋流室角度过小时，液体在流动旋转中会出现较大的波动，增加了能耗和噪声。因此，在实际生产中应根据具体情况选取合适的旋流室角度。
不同尺寸对水力旋流器的影响
采用不同尺寸的水力旋流器进行模拟研究，结果表明尺寸越大，分离效果越好。因为大尺寸水力旋流器具有更大的分离面积和更大的分离力，能够更好地分离液固两相，提高分离效率。
结论
通过CFD模拟研究，研究了流量、旋流室角度和尺寸对水力旋流器流场特性和分离效率的影响。适当降低流量，采用适当的旋流室角度和大尺寸水力旋流器，能够提高水力旋流器的分离效率。此研究可为水力旋流器的工艺应用提供理论指导。
参考文献：
[1]Zhao,W.,Wang,S.andCheng,S.(2015).Effectofvortexfinderonpressuredropinmini-hydrocyclones.PowderTechnology,284,pp.290-297.
[2]Bai,H.,Wang,B.,Lan,J.andGuo,J.(2013).Acomparativestudyoffourdifferentoil-in-waterseparatingcyclones.SeparationandPurificationTechnology,117,pp.167-173.
[3]Kettner,M.,Heinz,S.andLeithner,R.(2010).Computationalfluiddynamics(CFD)simulationsofhydrocyclones.SeparationandPurificationTechnology,70(1),pp.15-23.