水力旋流器壓降的影響因素

楊 陽

（山西大學(xué)動(dòng)力系，山西 太原030013）

水力旋流器壓降的影響因素

楊 陽

（山西大學(xué)動(dòng)力系，山西 太原030013）

水力旋流器是利用密度差進(jìn)行多相分離的非均相機(jī)械分離設(shè)備，其結(jié)構(gòu)簡單，由進(jìn)料管、柱段、錐段、溢流管和底流管組成，但內(nèi)部液體的流動(dòng)非常復(fù)雜。旋流器壓降是非常重要的性能參數(shù)，直接影響內(nèi)部的流場分布、顆粒運(yùn)動(dòng)及分級(jí)效率。通過對不同結(jié)構(gòu)尺寸的水力旋流器進(jìn)行性能實(shí)驗(yàn)，得出了水力旋流器壓降的影響因素。

水力旋流器；壓降；分離

壓降是水力旋流器的重要參數(shù)，直接影響旋流器內(nèi)的流場分布，固相顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡，以及最終的分離效果。趙慶國[1]等人通過實(shí)驗(yàn)揭示了旋流器處理量與壓降之間的關(guān)系。本文通過旋流器性能實(shí)驗(yàn)揭示不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對壓降的影響規(guī)律，對改進(jìn)旋流器工作性能具有重要意義。

1 概述

水力旋流器的壓力降指進(jìn)口處壓力與溢流管出口處的壓力之差[2]。由于通常只考慮靜壓損失，假定溢流的動(dòng)能等于進(jìn)料的動(dòng)能，且前者可回收，故可用壓力降來表示液體通過旋流器后的能量損失。忽略重力的影響，可知通過水力旋流器的能量損失為：

式中，Ei、Eo、Eu分別表示進(jìn)口、溢流口、底流口的能量；Q 為生產(chǎn)能力（m3/s）；Qu、Qo為底流和溢流流量（m3/s）；pi、po、pu分別為進(jìn)口、溢流口和底流口處的壓強(qiáng)力（Pa）；vi、vo、vu分別為進(jìn)口、溢流口和底流口處的液體速度（m/s）；ρ為液體密度（kg/m3）.

2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

圖1為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖，主要由水力旋流器、壓強(qiáng)表、電磁流量計(jì)、流量調(diào)節(jié)閥、漿液泵、漿液罐、攪拌電機(jī)以及相關(guān)的管道、閥門組成。在實(shí)驗(yàn)中，溢流口與底流口漿液均與大氣相通，溢流與底流漿液直接排回漿液罐循環(huán)使用。因此式（1）中po、pu均為0；同時(shí)，由于待分離漿液在進(jìn)口、溢流口、底流口的密度有較大的差別，在文中分別用 pi、po、pu表示，式（1）可整理為：

圖1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖

進(jìn)口漿液的密度經(jīng)測量為1 136 kg/m3，溢流和底流漿液密度會(huì)隨旋流器分級(jí)效率的改變而改變[3-4]。

3 結(jié)構(gòu)參數(shù)對壓降的影響

實(shí)驗(yàn)所采用石膏旋流器的尺寸見表1.旋流器不同溢流口和底流口直徑的組合見表2（表2中排口比指溢流管與底流管直徑的比值）。

表1 石膏旋流器幾何尺寸（單位mm）

表2 不同結(jié)構(gòu)尺寸下水力旋流器壓降

由表2可以得出：當(dāng)出口總面積不變，即溢流口直徑與底流口直徑之和相等時(shí)，入口壓強(qiáng)隨排口比的變化并不明顯，可以認(rèn)為入口壓強(qiáng)的大小主要與旋流器兩端的出口總面積有關(guān)。但旋流器的壓降在出口總面積一致時(shí)，隨排口比的增大而減小，這是由于底流漿液主要為固體顆粒，液體含量較少，底流漿液密度高于溢流漿液，因此漿液在底流管內(nèi)流動(dòng)時(shí)受到的阻力比較大，同時(shí)底流管直徑一般小于溢流口直徑，所以當(dāng)排口比增大，即底流管直徑增大時(shí)，底流漿液排出所受阻力將減小，因此旋流器內(nèi)的壓降也有明顯降低。

從表2還可以看出，溢流管直徑為40 mm，底流管直徑分別為30 mm和20 mm時(shí)，對應(yīng)旋流器的壓降分別為0.066 MPa和0.077 MPa；而底流管直徑為25 mm，溢流管直徑分別為45 mm和35 mm時(shí)，對應(yīng)旋流器的壓降分別為0.067 MPa和0.07 MPa，其變化幅度小于相同溢流管直徑，不同底流管直徑的情況。說明底流管直徑的大小是影響旋流器壓降的最重要因素。

4 結(jié)束語

通過對不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的水力旋流器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到如下結(jié)論：

（1）出口總面積相同時(shí)，旋流器壓降隨排口比的增大而降低；

（2）溢流管直徑相同時(shí)，旋流器壓降隨底流管直徑的增大而降低；

（3）底流管直徑相同時(shí)，旋流器壓降隨溢流管直徑的增大而降低。

[1]趙 慶國，何 偉.新型固液旋流器壓降特性實(shí)驗(yàn)研究[J].工程熱物理學(xué)報(bào)，2010（1）：61-63.

[2]褚良銀，陳文梅，戴光清，等.水力旋流器[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998.

[3]楊 陽.火電廠石膏旋流器空氣柱特性及結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2014.

[4]楊 陽，白 濤，王福珍.新型入口對石膏旋流器工作性能的影響[J].化工學(xué)報(bào)，2016（66）：12，4829-4835.

Influencing Factors of Pressure Drop of Hydrocyclone

YANG Yang
（School of Power Engineering，Shanxi University，Taiyuan Shanxi 030013，China）

The hydrocyclone is a mechanical separation equipment of heterogeneous mixture using density difference，it consists of the inlet pipe，cylindrical section，conical section，overflow pipe and underflow pipe.The pressure drop of hydrocyclone is an important performance parameter，it directly affects the flow field distribution，particle motion and classification efficiency.The performance experiments of hydrocyclone with different structure was carried out and the influencing factors was obtained.

hydrocyclone；pressure drop；separation

TQ021.1

A

1672-545X（2017）10-0112-02

2017-07-07

楊 陽（1981-），女，山西黎城人，博士研究生，講師，研究方向：多相介質(zhì)分離。