碟式離心機(jī)作為分離高度分散非均相混合物的重要分離設(shè)備，與工業(yè)其它分離設(shè)備相比，具有分離效率高、占地面積小，自動(dòng)化程度高等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于化工、石油、食品、醫(yī)藥等行業(yè)。，綜合考慮筋條結(jié)構(gòu)對(duì)流體流動(dòng)的影響，發(fā)現(xiàn)了碟片間物料存在旋轉(zhuǎn)滯后性，且各層進(jìn)料流量及重相體積濃度不一致性等現(xiàn)象。這些現(xiàn)象嚴(yán)重影響到碟式離心機(jī)的分離性能。在一些特定條件下，航空煤油中往往穩(wěn)定分布極小粒度的水滴，當(dāng)含水量大到一定程度，會(huì)嚴(yán)重影響航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。因此，國(guó)際航空業(yè)對(duì)于航空煤油的含水量要求很高。這些水滴相對(duì)于其它固態(tài)雜質(zhì)更難以分離，目前國(guó)內(nèi)碟式離心機(jī)的工業(yè)技術(shù)水平尚無(wú)法實(shí)現(xiàn)航空煤油的油－水高精度分離。筆者主要通過(guò)碟式離心機(jī)內(nèi)碟片上螺旋型與徑向型筋條的對(duì)比研究，探討了碟片上螺旋型筋條對(duì)碟片間兩相流動(dòng)及對(duì)航空煤油脫水性能的影響。
１ 模擬研究方法及可靠性驗(yàn)證
１．１ 碟式離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓模型
圖１ 碟式離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓三維爆炸視圖
圖１為碟式離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓結(jié)構(gòu)。其主要是利用超重力沉降和淺池原理設(shè)計(jì)，即在離心沉降分離懸浮液時(shí)，其生產(chǎn)能力正比于沉降槽的面積，而與沉降槽的高度無(wú)關(guān)。其優(yōu)勢(shì)是利用碟片將分離室劃分為若干分離區(qū)，用碟片來(lái)降低沉降高度，增加沉降面積，加速了離心沉降分離過(guò)程。
１．2模型計(jì)算及邊界條件
筆者研究碟式離心機(jī)碟片間兩相流動(dòng)場(chǎng)，由于無(wú)需考慮渦黏性各項(xiàng)同性假設(shè)，湍流模型比雷諾應(yīng)力模型更加精準(zhǔn)。在碟片間兩相流動(dòng)場(chǎng)中，物料受離心作用處于高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此模擬中采用ＲＳＭ湍流模型，其計(jì)算原理是質(zhì)量守恒方程、動(dòng)量守恒方程、應(yīng)力運(yùn)輸方程。模擬對(duì)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)流場(chǎng)予以適當(dāng)簡(jiǎn)化，并作以下假設(shè)：（１）轉(zhuǎn)鼓內(nèi)充滿液體且流動(dòng)穩(wěn)定；（２）液相為連續(xù)不可壓縮流體；（３）固相為密度均勻等粒徑球形顆粒，且運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不發(fā)生絮凝、破碎和變形。計(jì)算模型對(duì)兩相間的相互作用，采取單流體計(jì)算方式，但計(jì)算模型中不僅包含了不同相間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而且不同相間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度大小不同，因此計(jì)算模型能夠比較全面地分析碟片間兩相流動(dòng)過(guò)程。
2碟式離心機(jī)的分離性能分析
為各層碟片間兩相中水相體積分?jǐn)?shù)。，各層碟片間兩相中水相體積分?jǐn)?shù)分布不均，第１層與最后１層碟片間兩相的水滴體積分?jǐn)?shù)相對(duì)較大，徑向型筋條在最后１層碟片間兩相中水相體積分?jǐn)?shù)最大，可達(dá)1.87×10-4；螺旋型筋條在第1層碟片間兩相中水相體積分?jǐn)?shù)最大，可達(dá)9.54×10-5。中間各層相對(duì)較小且分布不均，徑向型筋條在第4層碟片間兩相中水相體積分?jǐn)?shù)最小，為5.11×10-5；螺旋型筋條在第4層碟片間兩相中水相體積分?jǐn)?shù)最小，為2.11×10-5。模擬結(jié)果表明，新型螺旋型筋條的各層碟片間水相體積分?jǐn)?shù)，比徑向型筋條要更小且分布更均勻，說(shuō)明新型螺旋型筋條能夠較好地改善各層碟片間兩相的均勻性且水相體積分?jǐn)?shù)更低，能夠有效地提高碟式離心機(jī)的分離性能。
3結(jié)論
（１）徑向型筋條與螺旋型筋條在碟片間兩相流場(chǎng)中的壓力分布規(guī)律基本一致，壓力值由碟片內(nèi)端向外端逐步增大，模擬值與離心液壓理論值相比要小，但很接近，說(shuō)明模擬的可靠性較好。
（２）流體靠近碟片表面的流層運(yùn)動(dòng)相對(duì)于碟片轉(zhuǎn)速具有滯后性，螺旋型筋條能夠較好地改善碟片間流動(dòng)的滯后性。
（３）同一徑向位置上，液流的周向速度在平行于轉(zhuǎn)軸的面內(nèi)呈拋物線分布，近壁處達(dá)到最小值且貼近理論值，而在中間區(qū)域達(dá)到最大值。
（４）在碟片間兩相流場(chǎng)內(nèi)，螺旋型筋條比徑向型筋條的周向速度要更貼近于理論值，螺旋型筋條能夠較好地減小湍流，改善碟片間兩相流場(chǎng)的穩(wěn)定性。
（５）碟片間兩相中水相的體積分?jǐn)?shù)分布不均，其在中性進(jìn)料孔、定距筋條附近較高，螺旋型筋條能夠較好地改善碟片間水相體積分?jǐn)?shù)分布的不均勻性。
（６）各層碟片間的水相體積分?jǐn)?shù)不一致，第1層與最后1層碟片間的水相體積分?jǐn)?shù)相對(duì)較大，中間各層相對(duì)較小且分布不均。螺旋型筋條能夠較好地改善各層碟片間兩相均勻性且水相體積分?jǐn)?shù)更低，能夠有效地提高碟式離心機(jī)的分離性能。
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