旋流分离水中柴油的实验研究及过程模拟.pdf

华中科技大学 硕士学位论文 旋流分离水中柴油的实验研究及过程模拟 姓名：雷琼 申请学位级别：硕士 专业：化学工艺 指导教师：朱康玲 20090528 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘 要 随着水资源的紧张和环境条件日趋恶化，污水处理问题被高度地重视旋流器是 一种利用两相流的密度差，在离心力场中将分散相从连续相中分离出来的一种设备， 其结构简单、无相对运动部件，具有分离效率较高、价格低廉、操作维修方便等优点， 因此在含油污水处理过程中显示出广泛的应用前景 为了提高含油污水的分离效率，本文研究了影响分离效果的各种因素，同时应用 CFD-FLUENT 软件对旋流器中的传质分离过程进行了模拟主要研究内容为： （1）实验研究了进口流量和分流比对压降的影响随着进口流量 i Q 的增大，底流 口压降 d p∆也增大；分流比与压降比呈线性关系，压降比随分流比的增加而增大 （2）通过正交实验和相应的单变量实验，确定最佳的主要结构参数为：溢流口直 径为 4mm，溢流管伸入长度为 22mm （3）实验研究了主要操作参数对分离性能的影响。

在最佳的结构参数、原料中油 的质量浓度为0.5%，及分流比为0.85，进口流量在700L/h～850 L/h范围内，有较高的 分离效率，达到90%左右 （4）实验探索了离心分离和筛网聚结两种方法的耦合分离效果.通过对筛网目数 及层数的实验研究表明，在旋流器底流出口处加 6 层 120 目的筛网时，可使分离效率 增加 16%左右 （5）运用 CFD-FLUENT 软件，对旋流器中的传质过程和动量传递过程进行了理 论研究，得到了关于压力分布、速度分布、粒径分布图及粒子运动轨迹的云图等分 析其变化规律，全方位反映出了旋流器流场各主要参数之间的耦合关系通过对模拟 结果和实验结果的对比分析，提出了旋流器的优化方案 关键词：关键词：油水分离；数值模拟；水力旋流器；FLUENT； 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract With the water resources shortage and environmental conditions deterioration, the issue of sewage treatment has been attached great importance. Through density variation of the two phase flow, the discontinuous phase is separated from the continuous phase in centrifugal force field, which is the principle of the equipment hydrocyclone. Oil-water separation hydrocyclone is simple in structure, without relative motion components, and has the following advantages: higher separation efficiency, low price, easy operation and maintenance, etc. So a wide application prospect is showed in the process of sewage treatment. In order to improve separation efficiency, various influence factors of separation efficiency were studied in the experiments, and the mass transfer process was simulated with computational fluid dynamics (CFD). The main research contents are as follows: (1) The influence of importing flow capacity and the split rate on pressure drop was studied. With the importing flow capacity increasing, the pressure drop of underflow is also increasing. It presents the linear relationship between the split rate and pressure drop ratio, the pressure drop ratio increases with the increase of the split rate. (2) Through the orthogonal experiments and the single-variable experiments, the best structural parameters of hydrocyclone were determined: overflow diameter 4mm, overflow length 22mm. (3) The influence of the main operating conditions on the separating performance was studied. When the best structure parameters is adopted, the oil mass concentration in the raw material is 0.5%, the split rate is 0.85, the importing flow capacity is within 700L/h~850L/h, the higher separation efficiency is reached about 90%. (4) The separation effects were discussed after coupling the centrifugal separation method and screen cloth coalescence method. The experimental results show that the separation efficiency can be improved by 16% when adding 6 layers screen of 120 meshes at the end of hydrocyclone. 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 III (5) Using the CFD -FLUENT software, the theory of the mass transfer process and the momentum transfer process were studied in the hydrocyclone, and the pressure distribution, velocity distribution, particle size distribution and particle trajectories nephogram were acquired. Analyzing the change rules, they reflected the coupling relationship of the main parameters in hydrocyclone flow field. Through comparing the simulation results with hydrocyclone theory and experimental research, the optimized plan for the experiment equipment was proposed. Keywords：：Oil-water separation; Numerical simulation; Hydrocyclone; FLUENT； 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 59 符号说明 i C 分散相质量浓度，%； D 旋流腔直径，mm； c D 大小锥结合处直径，mm； o D 溢流管直径，mm； d D 尾管直径， mm； i D 入口当量直径，mm； d 分散相液滴直径，mm； c E 分离效率， 1 o c i C E C = −； F 分流比，%； c F 离心力，N； d F 向心曳力，N； d L 尾管段长度，mm； o L 溢流管伸入旋流腔内长度，mm； M 质量，kg； p 压力，Pa； r p 压降比， o r d p p p ∆ = ∆ ； p∆ 压降，Pa； Q 体积流量，L/h； R 油滴直径，mm； t 时间，s； u 流速，m/s； α 大锥角，； 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 60 β 小锥角，； ρ 密度，kg/m3； τ 剪切应力，N； 动力黏度，Pas； ζ 阻力系数； LZVV 零轴速包络面 注脚 i 进口 o 溢流 d 底流 r 径向 z 轴向 θ 切向 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。

尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不 包含任何其它个人或集体已经发表或撰写过的研究成果 对本文的研究做 出贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明 本人完全意识到本声 明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许 论文被查阅和借阅 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段 保存和汇编本学位论文 保 密□，在____________年解密后适用本授。