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水力旋流器的湍流結構

[2016/12/8]

   水力旋流器內的湍流結構不僅與其分離性能密切相關,而且直接影響到該單元操作的能量耗損。因此,為了提高旋流器的分離性能和降減能耗,就應深入了解其內部的湍流結構特性;但這方麵的研究現在還很欠缺。目前發現尚存在兩個主要問題:

  (1)以往人們在數值模擬研究方麵把主要的經理都集中在液相流體時均速度場的計算預測上,而對於水力旋流器內壓力場以及湍動能和湍能耗散率等湍流結構特征參數的計算結果甚少;

  (2)前人的大多數研究均采用標準的模型,雖然有的在進行了各向異性修正後取得了較好的流暢預測效果,然而要在更大程度上改善對水力旋流器內強旋流的預報,就必須放棄傳統的模型,轉而采用考查各向異性湍流的應力模型。  

    水力旋流器內湍動能的數值表明,在湍流管端以下的各個軸向位置上,湍動能的分布具有相似性;在器壁附近區域的湍動能較大,隨著位置半徑的減小,湍動能先是有減小的趨勢,然後隨半徑的變化比較平緩,等到了內旋流區域之後又逐漸增大,其增大的幅度比在器壁附近降低的幅度要大,即呈中間低凹兩端上翹的不對稱鞍形結構。而在溢流管外壁與水力旋流器壁之間的環隙空間內,盡管湍動能在邊壁處仍呈現出較大的上升趨勢,但湍動能沿經向方向的變化幅度卻不大,而且在溢流管外壁附近無明顯上升趨勢。

    水力旋流器的湍動能主要來源於時均流動,通過雷諾切應力做功給湍流提供能量。旋流器內湍動能的分布規律表明,旋流器內器壁附近區域和內旋流中湍流從時均流內提取的能量較多,即時均流的能量在這兩個區域損失於湍流的量較大,在空氣柱附近的內旋流區域中尤為突出。

    水力旋流器的溢流管以下的區域內,各軸向位置上的湍動能分布具有相似性,呈兩邊高中間低的不對稱鞍形;在溢流管與水力旋流器壁之間的環隙空間內,各軸向位置上湍動能沿徑向方向變化不大。水力旋流器內湍動能耗散率分布與湍動能的分布有十分相似的規律,湍動能較大的地方湍動能耗散率較大,反之較小。

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