旋流WILKERSON威尔克森过滤器分离机理研究 
旋流WILKERSON过滤器是一种多机理、多功能化的新型固液分离设备,它将旋流与过滤两种机理结合成一个有机的整体,兼具水力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的改善,具有更为广阔的应用领域。

旋流WILKERSON威尔克森过滤器分离机理研究
根据轴流导叶式水力旋流器的基本结构,设计和制造了旋流WILKERSON过滤器样机,并对其分离性能进行实验研究,优化了过滤筒长和过滤锥角两个主要结构参数,确定小锥角和短筒段的基准结构方案;同时分析了入口流量、底流率、进料浓度等操作参数和物性参数对分离效率、压降和过滤流量的影响规律。实验得出:悬浮液浓度的增大,过滤流量和分离效率都呈先升后降的驼峰状变化,压降逐渐增大,但趋势变缓,渐趋稳定;底流率的增加,分离效率升高,压降降低,过滤流量减少;入口中位粒径的增大,分离效率明显上升;物料的粘度增加,分离效率下降,物料性质对压降的影响较小;过滤介质孔径增加,分离效率下升,压降下降,分离效率的变化比压降更明显,筒体和锥体的规律相*;相对于过滤锥,过滤筒是降低旋流WILKERSON过滤器底流细颗粒含量的主要原因之一,且随着过滤孔径的增大,底流液中细颗粒的含量降低。在实验研究的基础上,提出了将筒体改成实体的改进结构,优化得到了60mm筒体的结构。将实验研究的旋流WILKERSON过滤器与同尺寸的水力旋流器进行对比实验,得出旋流WILKERSON过滤器比水力旋流器的分离效率和压降都略低,且随着丝网孔径的增加而降低。针对旋流WILKERSON过滤器*的两个澄清流的特点,提出用“效率压降比”和“分离综合指标”对旋流WILKERSON过滤器进行性能评价的方法,并分析得到小孔径的结构性能优于同尺寸的水力旋流器。对比实验结果表明,旋流WILKERSON过滤器能够有效降低能耗,提高生产能力,并能在入口流量较高的条件下达到良好的分离效果。针对基准结构的旋流WILKERSON过滤器进行建模、网格划分并确定边界条件,采用Reynolds应力模型(RSM)对轴流式旋流WILKERSON过滤器内部湍流场进行了数值模拟。分析得到柱段存在明显的压力和速度衰减迅速的现象,并分析旋流过滤压力损失以及相关压力损失形成原因,提出新的分离结构,并进行了分析对比。

旋流WILKERSON威尔克森过滤器分离机理研究
通过颗粒的受力分析,计算出旋流WILKERSON过滤器能够分离的zui小直径和过滤通量,回归分析出分级效率和处理量的模型公式。研究工作将为旋流WILKERSON过滤器的进一步研发与应用奠定基础,对于开发新型固液分离设备和完善分离理论都具有重要的理论和工程意义。