旋流过滤器结构优化设计及性能研究

论文摘要

旋流过滤器是一种多机理、多功能化的新型固液分离设备。它将旋流与过滤结合成一个有机的整体,兼具了普通旋流器的无运动部件、操作方便等优点,同时又引入了过滤机理,使旋流器的分离性能得到了有效地改善,应用领域更加广阔。作为旋流器来看,它增加了一股过滤流,处理量更大;作为过滤器来看,由于高速剪切力的作用而阻止了滤饼的生成,可以实现连续化操作。本论文根据轴流导叶式水力旋流器的基本结构,设计和制造了几组旋流过滤器样机,在室内实验台对其进行了分离性能的研究,并在实验中对过滤筒长和过滤锥角两个主要结构参数进行优化。在实验的基础上,通过对实验数据的整理,结合理论分析,确定合理的结构方案,同时分析了进料量Qi、底流率Rf、进料浓度ci、压力降Δp的影响,确定合理的操作参数,最后回归分析出分级效率ηi(δ)、生产能力Qi和过滤介质透水阻力Rm的模型公式。实验表明,该旋流过滤器能够有效降低能耗,提高生产能力,并能在高进料量下达到良好的分离效果。本课题对这部分工作的研究将为旋流过滤器的进一步研发与应用奠定一定的基础,从而为应用日益广泛的固液分离设备增加一种可供选择的方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 背景
• 1.2 本研究的目的意义
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 文献综述
• 2.1 旋流技术发展概况
• 2.1.1 理论研究进展
• 2.1.2 结构形式研究进展
• 2.1.3 操作参数研究进展
• 2.1.4 材料及制造技术研究进展
• 2.1.5 应用技术研究进展
• 2.2 旋流过滤器的国内外研究现状
• 2.2.1 内置式
• 2.2.2 外置式
• 2.2.3 壁式
• 第3章 旋流过滤器的设计
• 3.1 结构设计的理论基础
• 3.2 结构设计
• 3.2.1 过滤介质的位置
• 3.2.2 入口结构
• 3.2.3 主直径的确定
• 3.2.4 开口的设计
• 3.2.5 溢流管插入深度
• 3.2.6 溢流管结构
• 3.2.7 过滤筒的长度
• 3.2.8 过滤锥的锥角
• 3.3 加工方法
• 3.4 小结
• 第4章 实验装置及测试方法
• 4.1 实验装置
• 4.2 实验内容
• 4.2.1 结构优化实验部分
• 4.2.2 分离性能实验部分
• 4.2.3 过滤特性实验部分
• 4.3 主要测试参数
• 4.4 小结
• 第5章 旋流过滤器实验结果分析
• 5.1 结构参数的组合优化分析
• 5.2 操作参数对分离性能的影响
• 5.2.1 浓度对分离性能的影响
• 5.2.2 底流率对分离效率的影响
• 5.3 物性参数对分离性能的影响
• 5.4 过滤特性分析
• 5.5 旋流过滤器与旋流器分离性能的比较
• 5.6 小结
• 第6章 分离性能数学模型的建立
• 6.1 旋流过滤器内两相流动的相似分析
• 6.1.1 液固运动方程及其单值性条件
• 6.1.2 相似准则的导出
• 6.1.3 相似模化及定性物理量和定性尺寸的确定
• 6.2 旋流过滤器分级效率数学模型的建立
• 6.3 旋流过滤器过滤性能数学模型的建立
• 6.4 旋流过滤器生产能力数学模型的建立
• 6.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢