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水力旋流器薄流層內流體速度分析

[2017/12/19]

   由於水力旋流器的薄流層厚僅2至3毫米,故可假定整個層厚上流體徑向速度為零。實測的水力旋流器薄流層區內流體的切向和軸向速度沿軸向的分布規律如下圖所示。

水力旋流器薄流層內流體切向速度(a)和軸向速度(b)沿軸向的分布

  結果發現,切向速度沿軸向向下迅速降低,而軸向速度減小的幅度要小得多。切向速度沿軸向下迅速降低的原因主要在於水力旋流器的梯度很大,其薄流層很薄而速度梯度很大,其旋轉向下運動時受器壁的摩擦阻力很大和能量損失很大所致。

  根據結果分析,水力旋流器薄流層軸向坐標Z處的切向速度Vt可由下式描述:VtZ=C 式中n為切向速度指數,C為常熟,用線性回歸方法可得R和C的值(下表1)。可見當進口速度變化時,R和C變化不大,說明水力旋流器薄流層內流體切向速度沿軸向位置的變化有著基本恒定的規律。

表1 薄流層流體切向速度指數R及常熟C

  軸向速度沿軸向向下降低的幅度較小。這是因為,雖然軸向也有摩擦損失,但卻有恒定的重力加速度來使軸向速度增大。在充氣水力旋流器下部,流體的切向速度比軸向速度小得多。因此,過長的充氣水力旋流器其下部因切向速度很小不能提供較強的離心力場而達不到強化浮選的目的,故該旋流器的長徑比不宜過大,其多孔內筒的長徑比以小些為好,較短的充氣水力旋流器串聯使用效果應比較長的旋流器好。

  其他參數一定時,進口速度對薄流層內流體速度的影響如下圖所示:

進口速度對薄流層內流體速度的影響

  可見隨著進口速度的增大,切向速度增大快而軸向速度增大慢,說明增大進口速度得到的動能主要轉化為增強離心力強,所以進口速度可在一定程度上作為水力旋流器內離心力場強弱的標誌。

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