旋轉(zhuǎn)旋流離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)流體動(dòng)力學(xué)研究

1、    旋轉(zhuǎn)旋流離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)流體動(dòng)力學(xué)研究                         更新時(shí)間：2010-03-09 15:50:44               

2、                                                  

3、范強(qiáng)   李永杰                              (西南石油大學(xué),四川成都610500)    摘要：以流體動(dòng)力學(xué)基本方程為基礎(chǔ),在“層流”流態(tài)下,對(duì)旋轉(zhuǎn)旋流離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)流體流動(dòng)的速度場(chǎng)和壓力場(chǎng)進(jìn)行

4、60;了分析計(jì)算,推導(dǎo)出了轉(zhuǎn)鼓內(nèi)流體的速度和壓力的計(jì)算公式,它們是計(jì)算離心機(jī)處理量和分離粒度的理論基 礎(chǔ),同時(shí)也是離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度計(jì)算的理論依據(jù)。    關(guān)鍵詞：離心機(jī);旋流分離器;流體速度;流體動(dòng)力學(xué)    中圖分類號(hào)：TH452文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-4414(2009)04-0047-03    1隨動(dòng)圓柱坐標(biāo)系下流體動(dòng)力學(xué)基本方程    1.1連續(xù)性方程    在隨動(dòng)圓柱

5、坐標(biāo)系下,恒定流動(dòng)不可壓縮流體的動(dòng)力學(xué)基本方程為1, 2:                  式中:ur,u,uz分別為流體的速度在徑向、周向及軸向的投影。    1.2納維埃-斯托克斯方程    納維埃-斯托克斯方程是考慮流體粘性的情況下,流體的速度和受力間的關(guān)系式,其方程形式為:    

6、;             式中:1為流體的密度, kg/m3;v為體的運(yùn)動(dòng)粘度, m2/s;L1為哈密爾頓算子; 為拉普拉斯算子。    在圓柱坐標(biāo)系下:                    &#

7、160;             2層流狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)旋流離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)流體的流動(dòng)分析    旋轉(zhuǎn)旋流離心機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。主要有加速器、轉(zhuǎn)鼓、左端蓋、右端蓋、支撐系統(tǒng)、密封系統(tǒng)等組成。                   其工作原理3為

8、:主電機(jī)通過三角皮帶帶動(dòng)整 個(gè)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)的同時(shí),待分離的懸浮液通過進(jìn)料管 在壓力的作用下進(jìn)入加速器的中心孔,并沿徑向流動(dòng) 進(jìn)入加速器的螺旋流道,以高于轉(zhuǎn)鼓的超前速度進(jìn)入 轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)腔,從而把旋轉(zhuǎn)離心力場(chǎng)和旋流離心力場(chǎng)有 機(jī)結(jié)合起來,在離心力場(chǎng)的作用下,固相顆粒沿徑向 沉降并沿軸向移動(dòng)從排渣口排出,而液相和較小的固體顆粒,從插入管排出,從而完成固液分離。    設(shè)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)流體的流動(dòng)狀態(tài)為層流,同時(shí)滿足以下假設(shè)。    (1)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)流體的流動(dòng)是軸對(duì)稱,即各參數(shù)對(duì)

9、的偏導(dǎo)數(shù)等于零。    (2)旋轉(zhuǎn)旋流共同作用后,使流體以角速度 (r)旋轉(zhuǎn),并相對(duì)于轉(zhuǎn)鼓有周向超前。    在這種流態(tài)下,可以認(rèn)為ur,u,uz僅與r有關(guān), 而與,z, t無關(guān)。則連續(xù)性方程和納維埃斯托克 斯方程變?yōu)槿缦滦问?                     

10、徑向速度恒等于0,這與流體處于層流的假設(shè)相 符合。    2. 2周向速度u 將u0代入式(7)得:                                式中:為轉(zhuǎn)鼓的旋轉(zhuǎn)角速度, 1/s;

11、*為轉(zhuǎn)鼓內(nèi)流體 的旋轉(zhuǎn)角速度, 1/s。    (1)當(dāng)1=1,2=1時(shí),*/=1。轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的流 體與轉(zhuǎn)鼓同步旋轉(zhuǎn),相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)單獨(dú)作用時(shí),流體不 存在周向滯后,或者流體在周向相對(duì)于轉(zhuǎn)鼓有周向滯 后,而加速器(旋流)的作用僅僅是阻止流體的滯后。                    圖2表示了層流流態(tài)下,轉(zhuǎn)鼓內(nèi)流

12、體周向速度沿 徑向的變化規(guī)律。    2. 3軸向速度uz    由式(7),式(8)兩式得:                   轉(zhuǎn)鼓中流體的軸向速度的變化規(guī)律如圖3所示。           &#

13、160;       2.4徑向壓降    將u=代入式(8),積分并代入邊界條件得:                   式中:p1是由轉(zhuǎn)鼓的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的徑向壓降;p2是轉(zhuǎn)鼓靜止,旋流單獨(dú)作用產(chǎn)生的徑向壓降;p3是旋轉(zhuǎn)和旋流相互作用產(chǎn)生的徑向壓降。    旋轉(zhuǎn)

14、旋流離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓中,徑向壓降沿半徑方向的變化規(guī)律如圖4所示。將r=r2代入式(13),即可得到轉(zhuǎn)鼓中物料層作用于轉(zhuǎn)鼓壁的離心液壓的表達(dá)式。                            式中:Pmax是計(jì)算旋轉(zhuǎn)旋流離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度的依據(jù)。                3結(jié)論    在“層流”流態(tài)下,以流體動(dòng)力學(xué)基本方程為基 礎(chǔ),對(duì)旋轉(zhuǎn)旋流離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)流體流動(dòng)的速度場(chǎng)和壓 力場(chǎng)進(jìn)行了分析計(jì)算,它們是計(jì)算該型離心機(jī)處理量 的分離粒度的理論基礎(chǔ),同時(shí)也是旋轉(zhuǎn)旋流離心機(jī)強(qiáng) 度設(shè)計(jì)計(jì)算的理論依據(jù)。參考文獻(xiàn):1孫啟才.離心機(jī)的原理結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)計(jì)算M.北京:機(jī)械工業(yè)出