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旋流WILKERSON威爾克森過濾器結構優化設計及性能
旋流WILKERSON過濾器是一種多機理、多功能化的新型固液分離設備。它將旋流與過濾結合成一個有機的整體,兼具了普通旋流器的無運動部件、操作方便等優點,同時又引入了過濾機理,使旋流器的分離性能得到了有效地改善,應用領域更加廣闊。

旋流WILKERSON威爾克森過濾器結構優化設計及性能
利用CFD軟件Fluent，采用RNG k-ε模型對旋流WILKERSON過濾器內流場進行模擬，通過三維多孔介質模型和一維多孔介質模型的結合使用，得到了旋流WILKERSON過濾器的液固兩相流場。改變操作參數和結構參數進行對比研究，得到以下結論：旋流WILKERSON過濾器內部的流動可以明顯的分為四類流動形式，即內螺旋流，外螺旋流，循環流，過濾流。旋轉流產生的離心力場是液固分離的主要動力。切向速度的大小、軸向速度的大小以及內旋流和外旋流的分界位置對旋流WILKERSON過濾器的液固分離效率具有決定性的影響。在邊壁附近形成一個環帶狀的低壓區，有利于固體顆粒的分離。隨著入口流量的增加，旋流WILKERSON過濾器的液固分離效率不斷提高，同時壓降和過濾流量也不斷提高。隨著底流率的增加，旋流WILKERSON過濾器的液固分離效率不斷提高，但壓降和過濾流量也不斷降低。隨著錐角的增加，旋流WILKERSON過濾器的液固分離效率不斷降低，同時壓降上升，過濾通量下降。當多孔介質層阻力系數在一個數量級范圍內增加時，旋流WILKERSON過濾器的液固分離效率基本不發生變化，而壓降有非常微小的升高，過濾流量有大幅度的下降。隨著固體顆粒粒徑的增加，旋流WILKERSON過濾器的液固分離效率不斷提高，對壓降和過濾流影響不大。通過與水力旋流器的相比研究，旋流WILKERSON過濾器具有能耗低，效率高的優點。作為旋流器來看,它增加了一股過濾流,處理量更大;作為過濾器來看,由于高速剪切力的作用而阻止了濾餅的生成,可以實現連續化操作。根據軸流導葉式水力旋流器的基本結構,設計和制造了幾組旋流WILKERSON過濾器樣機,在室內實驗臺對其進行了分離性能的研究,并在實驗中對過濾筒長和過濾錐角兩個主要結構參數進行優化。在實驗的基礎上,通過對實驗數據的整理,結合理論分析,確定合理的結構方案,同時分析了進料量Qi、底流率Rf、進料濃度ci、壓力降Δp的影響,確定合理的操作參數,zui后回歸分析出分級效率ηi(δ)、生產能力Qi和過濾介質透水阻力Rm的模型公式。

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實驗表明,該旋流WILKERSON過濾器能夠有效降低能耗,提高生產能力,并能在高進料量下達到良好的分離效果。對這部分工作的研究將為旋流WILKERSON過濾器的進一步研發與應用奠定一定的基礎,從而為應用日益廣泛的固液分離設備增加一種可供選擇的方案。