旋流WILKERSON威尔克森过滤器结构优化设计及性能
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。

旋流WILKERSON威尔克森过滤器结构优化设计及性能
利用CFD软件Fluent，采用RNG k-ε模型对旋流WILKERSON过滤器内流场进行模拟，通过三维多孔介质模型和一维多孔介质模型的结合使用，得到了旋流WILKERSON过滤器的液固两相流场。改变操作参数和结构参数进行对比研究，得到以下结论：旋流WILKERSON过滤器内部的流动可以明显的分为四类流动形式，即内螺旋流，外螺旋流，循环流，过滤流。旋转流产生的离心力场是液固分离的主要动力。切向速度的大小、轴向速度的大小以及内旋流和外旋流的分界位置对旋流WILKERSON过滤器的液固分离效率具有决定性的影响。在边壁附近形成一个环带状的低压区，有利于固体颗粒的分离。随着入口流量的增加，旋流WILKERSON过滤器的液固分离效率不断提高，同时压降和过滤流量也不断提高。随着底流率的增加，旋流WILKERSON过滤器的液固分离效率不断提高，但压降和过滤流量也不断降低。随着锥角的增加，旋流WILKERSON过滤器的液固分离效率不断降低，同时压降上升，过滤通量下降。当多孔介质层阻力系数在一个数量级范围内增加时，旋流WILKERSON过滤器的液固分离效率基本不发生变化，而压降有非常微小的升高，过滤流量有大幅度的下降。随着固体颗粒粒径的增加，旋流WILKERSON过滤器的液固分离效率不断提高，对压降和过滤流影响不大。通过与水力旋流器的相比研究，旋流WILKERSON过滤器具有能耗低，效率高的优点。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。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WILKERSON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,zui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。

旋流WILKERSON威尔克森过滤器结构优化设计及性能
实验表明,该旋流WILKERSON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。对这部分工作的研究将为旋流WILKERSON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。