污水处理用旋流分离器性能研究及安全性评价

【摘要】： 水力旋流器广泛的应用于工业领域,本文针对普通水力旋流器效率低;多级串联使用能耗高、占用空间大等缺点,设计出一种新型高效的级联式旋流器。采用实验和模拟相结合的方法进行研究分析。 根据现有的水力旋流器的理论,结合轴流式旋流器的特点,进行了模型的结构设计;通过实验研究结果表明,级联式旋流器优于单级旋流器的分离性能;影响其分离性能的主要参数有叶片出口角度、进料流量、进料浓度以及物性参数(粒径、密度、黏度和物料的表面张力等)。 数值模拟采用能够得到很好计算精度的雷诺应力模型;分析了模拟结果与实验结果存在微小的误差来源;通过级联式旋流器与单级旋流器的三维速度、压力、湍动能及其耗散率的对比分析,得到了与实验研究相同的结论;分析了两种结构内二次流分布位置,以及叶轮内部流动状态,对级联式旋流器的结构优化起理论指导作用。然后,通过混合模型和离散相模型两种多相流模型,得出了颗粒相分布以及不同粒径颗粒运动规律,对旋流器的改造升级极有借鉴意义。 通过对级联式旋流器腐蚀磨损性能的安全性分析,根据级联式旋流器可能发生的失效形式,提出了相关的安全防护措施。并明确了选取硬度大、耐腐蚀的材料以及减少旋流器内空气柱的产生等相关理论,对旋流器在工业领域的安全应用有一定的参考价值。 【关键词】：级联式旋流器 高效节能 数值模拟 安全评价
【学位授予单位】：中国石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X703.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 前言10-19
• 1.1 课题研究的背景10
• 1.2 水力旋流器在环保工程上的应用10-12
• 1.2.1 在油气田开采中的应用10
• 1.2.2 在炼油废水处理中的应用10-11
• 1.2.3 在湿法烟气脱硫系统中的应用11
• 1.2.4 在化工废水处理中的应用11
• 1.2.5 在采矿工程上的应用11-12
• 1.2.6 在淡水水质净化中的应用12
• 1.2.7 在其他行业中的应用12
• 1.3 高效节能水力旋流器研究概述12-17
• 1.3.1 水力旋流器能耗的理论研究13
• 1.3.2 改善水力旋流器的流动结构的研究13-16
• 1.3.3 在降低出口能量损失方面上的研究16-17
• 1.4 论文研究方案17-19
• 1.4.1 论文研究内容17
• 1.4.2 研究的技术路线17-19
• 第二章 级联式水力旋流器分离机理及设计19-25
• 2.1 级联式水力旋流器的分离机理19
• 2.2 结构设计19-24
• 2.2.1 导向叶片结构20-21
• 2.2.2 水力旋流器主尺寸21
• 2.2.3 开口尺寸21-22
• 2.2.4 溢流管插入深度和结构22
• 2.2.5 二级溢流出口管长度22-23
• 2.2.6 筒体柱段长23
• 2.2.7 水力旋流器锥角23-24
• 2.3 加工方法24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 水力旋流器实验结果分析25-37
• 3.1 实验装置25-27
• 3.1.1 实验装置25-26
• 3.1.2 实验物料26-27
• 3.2 实验内容27-29
• 3.2.1 主要测试参数27-28
• 3.2.2 实验内容28-29
• 3.3 两种结构的实验对比分析29-33
• 3.3.1 优选级联式水力旋流器导向叶片30-31
• 3.3.2 两种结构的分离性能对比分析31-33
• 3.4 级联式水力旋流器实验分析33-35
• 3.4.1 底流率对分离性能的影响33-34
• 3.4.2 进料浓度对分离性能影响34
• 3.4.3 物性参数对分离性能影响34-35
• 3.5 本章小结35-37
• 第四章 水力旋流器数值模拟分析37-68
• 4.1 旋流器模型建立及基本设置37-44
• 4.1.1 物理模型及基本假设37-38
• 4.1.2 湍流模型的确定38-40
• 4.1.3 边界条件的设定40-41
• 4.1.4 网格划分及网格无关性验证41-42
• 4.1.5 模拟结果的可靠性验证42-43
• 4.1.6 模拟与实验结果存在误差来源分析43-44
• 4.2 两种结构单相流场分析44-53
• 4.2.1 速度场对比分析44-47
• 4.2.2 旋流器内二次流分布47-49
• 4.2.3 压强分布的对比分析49-50
• 4.2.4 湍动能及其耗散率的对比分析50-52
• 4.2.5 导向叶片内部流动分析52-53
• 4.3 级联式水力旋流器两相流动数值模拟53-56
• 4.3.1 混合模型求解方程54
• 4.3.2 混合模型模拟结果分析54-56
• 4.4 级联式水力旋流器离散相模型分析56-66
• 4.4.1 颗粒相运动方程56-58
• 4.4.2 离散相模型模拟结果分析58-66
• 4.5 本章小结66-68
• 第五章 级联式水力旋流器安全性能评价68-75
• 5.1 电化学腐蚀评价68-71
• 5.1.1 电化学腐蚀实验68-69
• 5.1.2 旋流器服役寿命评估69-71
• 5.2 冲蚀磨损评价71-73
• 5.2.1 级联式旋流器壁面切应力分布72
• 5.2.2 冲蚀磨损的预防措施72-73
• 5.3 空泡腐蚀评价及防治措施73
• 5.4 本章小结73-75
• 第六章 结论75-78
• 参考文献78-82
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果82-83
• 致谢83

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