液液离心分离设备性能研究报告

1、个人资料整理 仅限学习使用1绪论运用离心力场对非均相物系分离非常有效，这种分离叫做离心分离."离心分离机械同其他分离机械相比，不仅能够得到高纯度的产物，而且具有节省劳力！减轻劳动强度!改善劳动条件等优点"并且离心分离机械具有连续运转！自动遥控！操作安全可靠和占地面积小等优点"在工业上取得了越来越广泛的应用"11典型分离设备及比较离心分离设备按有无旋转部件可分为机身固定的旋流分离设备和机身旋转的离心分离设备"前者如水力旋流器，流体在固定的机身内旋转而产生离心力场。后者如沉降式离心机，由旋转的机身带动内部流体作回旋运动而产生离心力场"水力

2、旋流器具有结构简单！设备紧凑！占地面积小和设备成本低等许多优点，日益受到广泛关注zIl"离心机具有结构紧凑！应用范围广！单机生产能力大等优点，它可以相当精确地，同时迅速地分离极难分离的非均相液态物系3J"1.11离心机根据分离原理，离心机可以分为沉降式和过滤式两种"这里主要对沉降式离心机4fl进行介绍"（l沉降式离心机#1螺旋卸料沉降离心机螺旋卸料沉降离心机结构原理见图1.1”高速旋转的无孔转鼓内有同心安装的输料螺旋，转鼓与输料螺旋同向旋转，但两者之间有一定的转速差，该转速差由差速传动系统产生”悬浮液经中心的加料管进入转鼓，悬浮液中大部分固体颗粒在离心力

3、作用下沉降到转鼓内壁并被输料螺旋推送而从小端排出转鼓，澄清后的液体从转鼓另一端的溢流口排除"液液分离设备性能研究螺旋卸料沉降离心机的主要操作参数为：转鼓转数，转鼓与输料螺旋间的转速差，溢流口位置和进料速度：主要结构参数为：转鼓大端内直径D,转鼓长度L,转鼓长径比L/D,转鼓半锥角”，以及输料螺旋的螺旋头数和螺距”螺旋卸料沉降离心机的主要优点：自动连续操作，不需用滤布，能长期连续运行，维护简便。应用范围广，可用于固体脱液，液体澄清，固体颗粒按粒度分级，以及用于液一液一固分离。对物料的适应性好，能分离的固体粒度的范围0,"05Zmm,悬浮液的体积浓度范围2盼40%”浓度波动对分

4、离效果的影响不大。结构紧凑，容易实现结构上密闭，密闭式机器可在一定的正压下操作。单机生产能力大（大型机可达190时/h,操作费用低，占地面积小"螺旋卸料沉降离心机的缺点是：沉渣的含液量一般较高。虽能对沉渣进行洗涤，但洗涤效果不好。结构较复杂，机器造价较高”。碟式分离机碟式分离机5JI是沉降式离心分离中的一种类型，用于分离难分离的物料"分离机中的碟式分离机是应用最广泛的沉降式离心机”可以完成分离和澄清两种操作”大连理l几大学硕十学位论文碟式分离机如上图所示是立式离心机，转鼓装在立轴上端，通过传动装置由电动机驱动而高速旋转”转鼓内有一组互相套叠在一起的碟形零件碟片，碟片与碟片之

5、间留有很小的间隙"悬浮液（或乳浊液由位于转鼓中心的进料管进入转鼓"当悬浮液（或乳浊液流过碟片之间的间隙时一，固体颗粒（或液滴在离心力作用下沉降到碟片上形成沉渣（或液层”沉渣沿碟片表面滑动而脱离碟片并积聚在转鼓内直径最大的部位，分离后的液体从出液口排出转鼓"积聚在转鼓内的固体在分离机停车后拆开转鼓由人工清除，或通过排渣机构在不停车的情况下从转鼓中排出”碟式分离机主要的操作参数为：转鼓转数，轻液转速，轻液与重液分界面的位置，加料速度等。碟式分离机的主要结构参数为：转鼓内直径，当量沉降面积，碟片的尺寸与碟片总片数，排渣方式及排渣机构”碟式离心机结构紧凑，占地面积小，生产

6、能力大，适于液一固也适于液一液分离，因而在化工！医药！轻工！食品！生物工程以及交通运输部门都获得广泛应用"碟式分离机的缺点是结构复杂，转速高，因而操作和维修保养的要求比较高，另外清洗较麻烦”2水力旋流器水力旋流器最早在1891年就取得了专利，由于结构简单！便于制造和安装，以及处理量大等优点，受到了各国选矿专家的推崇"从20世纪50年代起，旋流器的应用领域以及规模均得到了迅猛的发展，同时不断地吸引着越来越多的学者和工程师们致力于旋流器理论与应用的研究"到了20世纪80年代以后，形成了相当大的规模"随着现代测试技术和计算与模拟技术的飞速发展，人们对旋流器的工

7、作能力及过程行为有了越来越深刻白认识，从而大大推动了旋流器结构型式的多样化及其应用领域的不断拓展"可以说，在科学与技术日新月异的今天，旋流器也在逐年发展成为具有高科技含量的分离设备"目前,无论是从科技界还是从工程界来看，人们对旋流器的兴趣有增无减"一般地，水力旋流器均由上部圆筒段和下部圆锥段组成（见图1.3>"在筒体上方有一切向布置的进液管，筒体顶部有一涡流导管，构成溢流管，在锥形筒体的底部有一底流口”当具有一定速度的两相流流体沿切向进入常规旋流器后，在旋流器内形成高速旋转运动”根据斯托克斯定律，体积和密度较大的颗粒受到较大的离心力的作用，被迅速甩

8、向筒壁，并沿着锥筒壁螺旋向下运动，从底流口排出，在溢流管的涡旋导向作用下，较轻较小的颗粒则和大部分流体从溢流管排出，完成两相流的分离过程"液液分离设各性能研究进料Z撇流拜!-尧洲I,忍0飞t矛乙护!j嘿滚图1.3水力旋流器结构简图F191.3Configurationofhydrocyelone目前被广泛采用的旋流器，筒体直径从10mm到20006J，分离粒度可以小到十微M,且操作流量具有一定的弹性范围，如果降低流量，离心加速度降低，离心力场减小,显然这对效率有负面的影响，而在流量降低的同时，旋流器中的液流停留时间延长对分离过程又有着积极影响，在一定程度上抵消了负面影响"此

9、外，固体颗粒平均粒度的大小对分离效率影响显著，对于分离颗粒尺寸较大时，分离效率相对较高，可以达到95%以上，对于分离超细颗粒时，分离效率会下降很多，甚至低于50%"经过对旋流器的大量的实验研究和生产实践，已经形成了百家争鸣的旋流器分离理论，包含了分离的基础理论模型，速度场和压力场的数值模拟，旋流器各参数对其分离性能影响以及能耗降减理论等等"其中我国的庞学诗，褚良银等人的研究成果已经为大多数学者接受并运用于生产实践"液一液分离旋流器领域7l的开发研究工作则是从1967年英格兰海南岸的/TorryeCaynon0轮轮遇难事件后刁-开始的"当时一由于原油的大量

10、泄漏，造成附近大面积海域的严重污染及大批鱼鸟的死亡”为了保护生态环境，英国政府及科技界曾呼吁对被污染海域的治理进行研究，由此唤起了osuthamPotn大学的MartniThew教授及其同事对液一液旋流分离技术的研究兴趣"随后在1968年的初步研究中，他们首先突破了前人关于/液一液旋流分离难于实现0的认识，提出了只要结构设计合理，液一液旋流同样可以取得良好分离效果的新观点"此后从1970年起，在有关部门的资助下，一个为期8年的研究计划在osuthampton大学开始实施"以Marit叮hew教授为代表的osuthamPtno大学的研究人员，先后以聚丙烯与水！尼龙与

11、水！煤油与水！原油与水为介质，采用AT一型库尔大连理:大学硕十学位论文特计数器旧行研制的电导实时测量系统！一维激光测速仪和ASM湍流模型，对液一液旋流分离技术进行了多年的大量研究"1978年率先提出了液一液旋流分离的第一种芯管结构即A型旋流管并获英国专利8。1983年该旋流管开始产品化，同年在澳大利亚的一个海上平台应用"随后SouthamPotn大学的研究工作，得到更多工业部门的重视和资助”在此条件下，他们除不断发展和完善含油污水的静态旋流分离技术外，还努力开拓液一液旋流分离技术应用的新领域，并相继在高含水原油的旋流预分离及低含水原油的旋流脱水净化方面取得了进展"

12、继英国Southampton大学之后，法国的TOTALCE桥口Ney.rtec联合对静态旋流分离技术又进行了发展，并于1986年开发成功了用于含油污水净化处理的动态旋流分离技术，现该机构又转向原油动态旋流脱水技术的开发研究"因此，就液液旋流分离技术来讲，目前主要呈现两种发展趋势：一是以英国osuthamPotn大学为代表的静态旋流分离技术。二是以法国NEYRTEG口TOTALCE财代表的动态旋流分离技术及其相关配套技术”3两种分离设备的比较离心机相对于旋流器来说由分离效率高！分离效果好！处理量大等优点，但是离心机工作时需要耗费额外的能量带动转鼓转动"水力旋流器结构相对于离心

13、机更加紧凑并且设备生产及工作成本低，更为广泛的应用在两相预分离等工作条件下"当对分离效率及分离纯度都有较高要求时，这时就必须使用离心机”从单位分离器体积的处理量和分离临界粒径的角度考虑，所探讨的两种分离器的优劣排序为：离心机！水力旋流器91”通过设计以提高两种分离器的性能是可能的"当可用空间有限（如海上采油或极其有限（井眼分离，出于经济原因，所选择的分离器类型通常是水力旋流器”探求更紧凑的分离器仍是大势所趋，水力旋流器和离心机在这方面都有发展潜力”当要分离的油滴粒径极小，如在5林m时，这只能用离心机来实现"但这种分离设备的主要缺陷是成本高"12离心分离装

14、备新进展及其展望离心机发展到现在产品已经程式化，但是随着新的材料及技术的出现，离心机的发展出现了一些新的趋势"（11新材料的应用玻璃钢材料的应用液液分离设备性能研究玻璃钢是玻璃和树脂组成的复合材料I-/,虽然玻璃和树脂的韧性和强度都不高，玻璃钢却有很高的强度和韧性，而且耐腐蚀性能好，重量很轻"所以玻璃钢发展很迅速，己成为一种重要的工程结构材料，使机器构件不用金属成为可能"由于玻璃钢有强度高！1耐腐蚀的性能特点，可以考虑用玻璃钢来制作离心机转鼓”这是因为玻璃钢的高强度，满足了在高速旋转情况下转鼓对强度的要求。玻璃钢的耐腐蚀性保证了一般情况下转鼓直接与物料接触也不会被

15、腐蚀"用玻璃钢制作离心机转鼓不仅可行而且还具有许多金属材料所不具备的优点：由于玻璃钢的密度约只为不锈钢的14/,同样大小的玻璃钢转鼓的质量远远小于不锈钢转鼓的质量，而转鼓自身的质量所引起的应力约占总应力的一半左右，所以玻璃钢转鼓的总应力大大降低了"并且在总消耗功率中占相当大比重的离心机的启动功率也与转鼓质量（密度成正比，降低了转鼓的密度，就意味着降低了功率消耗，所以玻璃钢转鼓节省了能耗lJI"除此以外，因玻璃钢满足了离心机机壳对优良的耐磨性（以承受强力冲刷的需要，故它还可用来制作离心机的机壳"例如在三足式离心机中，转鼓的转速可达750200Or/mni,

16、抛出的液体对壳体内壁有很强的冲击力，如果接触的介质腐蚀性不很强,可选用通用不饱和聚酷做基体材料，增强材料外层采用表面毡，其余均采用中碱玻璃纤维布铺覆和短切玻璃纤维纱喷射交替成型并在内表层加入氧化铝粉末以增加其耐磨性”将按此方法制成的玻璃钢机壳用在三足离心机上，经过一年多的试运行，证明其综合性能优于不锈钢机壳I.2"（2工程塑料的应用工程塑料发展历史较短，但由于质轻！节能！强度高！耐腐蚀等特性，几十年来发展迅速”如今已经出现比钢材硬，强度超过钢！钦的塑料"在氟塑料品种中，产量最大，用途最广的是聚四氟乙烯（PTFE"PTFEM有最低的摩擦系数和特异的自润滑性，有卓越的

17、耐药品性和耐溶剂性，酸！碱!溶剂对它均无侵蚀”卧螺离心机的径向滑动轴承是一种非自润滑轴承，常用的轴承材质是ZQSnlo1,一般在有润滑条件下刁-能正常工作，否则就会发生轴瓦一与轴颈的/干磨0现象，轴瓦与轴颈都会受到比较严重的损坏"而这是卧螺离心机在高负荷运行条件下，停机检修的主要原因"因此，为了保证在润滑条件不良清况下离心机能正常的高负荷运转，必须对滑动轴承的材质进行改进"通过对多种材料的性能比较，结合常压离心机的工作特点（径向载荷较大，选择了以聚四氟乙烯为主要成份的复合材料，又添加了一定量的碳纤维！青铜粉!二硫化钥！玻纤,以增加其强度！硬度！自润滑性！耐磨性能等

18、"由于PTFE材料不仅自润滑性能好，而且其减震性能也比较好，设备在运行时振动也相应降低，保护大连理1大学硕十学位论个人资料整理仅限学习使用文了轴颈，大大减低了备品配件的消耗"除此外，PTFE径向滑动轴承的使用，延长了设备的运行周期，避免了因经常性停机而造成的产量的降低"聚四氟乙烯还可以用于卧螺离心机螺旋叶片的制造"螺旋叶片的耐磨性关系到螺旋输送器的寿命”以聚四氟乙烯为基材，填充高分子粉或合金粉和氧化物等材料，采用粉末冶金烧结成型的螺旋叶片，其耐磨性很高，年磨损量只有0.0020.004口3,超过了采用硬质合金来硬化后的螺旋叶片的耐磨性”(3硬质合金的使用

19、作为刀具材料使用的碳化物基金属陶瓷常被称为硬质合金"硬质合金的硬度很高，耐磨性很好，强度和韧性都较好，适于做切削刀具！表面耐磨材料以及某些高刚度结构件”硬质合金的优异性能，可以充分利用在螺旋卸料离心机上"螺旋输送器是螺旋卸料离心机的主要部件，它的寿命取决于螺旋叶片的耐磨性"螺旋叶片磨损最严重的地方是J它的顶部"它磨损后，通常使螺旋的输渣能力降低，含渣量增大，所以要求叶片材料有高的硬度和耐磨性"常用的方法是在螺旋叶片表面堆焊硬质合金或在叶片上喷涂硬质合金或采用可更换的耐磨的硬质合金叶片"硬质合金也适于做刮刀离心机的刮刀片”因为刮刀片工作

20、时不仅受到剧烈的磨损和冲击载荷，而且长期与有腐蚀性的介质接触，所以要求刮刀片应具有耐磨！机械强度高！耐腐蚀等性质"目前国外使用的刮刀材料多为耐磨！耐腐蚀的高馍专&硬质合金，如日eomatK,其成分大约为C2r4%,NiZO%,Cu3.5%,MoZ.o%,511.25%,Mn6,3%,C切,13%,每把刮刀可连续使用刮削硫钱2000吨左右，磨损后经修理刨平能修复使用4一5次"其效果比采用CIrlSNgi为好"有的使用堆焊硬质合金及镶陶瓷片，使用寿命可以提高56倍"22一些新式离心机由于离心机发展和应用了很多年，如上文所提到的离心机在理论上和技术上己

21、经很难有改进的空间，但是近年来出现了一些新式离心机，推动了离心机技术的进一步发展"(1盘栈式离心机分离段山一套同心圆盘(见图1.4组成9口,盘与盘之间的距离一般保持数量级为1"液滴在每一套同心圆之间很短的距离内沉降，在同心圆盘之间凝Z成大粒径油滴，在圆盘出口处进行二次沉降分离"通过同心圆盘将小粒径液滴凝结成大粒径液滴再分离，可以取得很好的分离效果”液液分离设备性能研究Figl.4ThesrtuctureofHomoeenrtieeirqueeenrtiufge(2新型卧式螺旋离心机卧螺式离心机近年来也有发展14"如日本三菱公司I0生产的带有沉降叶片(见上

22、图的卧式螺旋卸料沉降离心机，由于沉降片分离板的存在使它的分离性能介于碟片式离心机和卧式螺旋卸料沉降离心机之间，它可以分离出粒径为0.5林m的微粒，分离后滤渣含固率亦较高，已应用于氧化钦的分级！超细铁氧体的洗涤和浓缩！食品工业及城市污水处理的剩余活性污泥脱水中"德国Fofttweg公司生产的新型卧式螺旋卸料沉降离心机分离因数已可达5000"我国解放军4819工厂生产的LWD430卧式螺旋卸料沉降离心机在结构设计上也有所改进用于城市活性污泥脱水时显示了优越的分离性能"大连理l。大学硕十学位论文1.3离心分离设备的理论发展液滴能否被分离，取决于作用在其上的合外力的方向，

23、这些外力包括重力！离心力和流体作用的曳力等"重力的影响忽略不计，并假定颗粒在切向和轴向不受任何反力，则可认为其在这两个方向上的分速度等于相应的液流速度"如果作用在颗粒上的离心力大于曳力，则颗粒向外壁运动。反之，向中心运动"颗粒能否被分离取决于它的大小！形状及与液体的密度之差！所处的原始位置！运动的轴向速度和径向速度！以及液体的粘度等因素I-/I.7"11水力旋流器分离模型个人资料整理仅限学习使用(1>两相流动过程中的分离原理分散相浓度不太高！忽略自身重力时，单个颗粒在连续相流体的离心力场中运动受力包括颗粒自身离心力！连r续相流体的离心力以及流体的流

24、动阻力"当两相的密度不等时，离心力的作用总是使连续相液体与分散相液体产生一定的速度差u",此时颗粒的受力方程为：汀，飞万d/岛。(岛!u三_一P为止一厂!r(1.1>凡二3犁duo式中：岛,p一颗粒和流体的密度。d一颗粒的直径。/一颗粒的径向位置。u”一液体的切向速度。u"一两相运动的速度差。凡一流体阻力当颗粒受力达到平衡时，则两相相对速度为：(1.2>uo=d.P(LP咻18刀r(1.3>当u”为正时，表示颗粒与连续相流体沿着相反方向运动的速度差。当u"为负时，表示颗粒与连续相沿着相同方向运动时的速度差”由此可以看出，两相的分离与颗粒

25、直径!颗粒的径向位置！两相密度差！连续相勃度及切向速度等因素有关"(2>旋转流体的能量方程当流体围绕垂直轴线做旋转流动时，在其半径r处取一宽度为dr和厚度为dz的长方形流管，则在同一水平面上的伯努利方程：H:+卫+丝塔29(1.4>液液分离设备性育尔页究式中:H一总压头。z一势压头。p一半径r处压力。p一流体密度。u”一半径r处切向速度。将式对半径r微分得以厅dr1咖Pdr十五匹gdr(1.5>从上式可以看出，在旋转运动流体中，沿径向总压头的变化率与径向的压力和速度的变化率有直接关系”就微元体积drodz"odo中的流体而言，当作用于一该体积上的压力和离心

26、力相平衡时,沿径向的外力之和为零：,_!Ju三_Prd夕dz一切+Pd>rd已dz+Prdodrdz一二0(1.6>R"咖认J一丁一dru三P二，将此式带入则得心lu"d-!>=>>几rU刀尸rgrdr!(1.7>1-g+丛dr隔一g一Hd-dr此式是旋转运动流体能量得微分方程，它反映出旋转运动流体在运动过程中得能量变化规律"它也是旋转运动流体得基本方程，由此方程可知旋流器切向速度分布是强制涡和自由涡的复合运动，也可导出压力沿径向的分布规律”个人资料整理 仅限学习使用（3液滴剪切破碎的机理1旋流器中的剪切应力在液液分离旋流器中叨

27、，由于在径向方向上各点的切向速度不同，各流层之间存在着速度梯度生竺旦drdy”,从而使分布在流场各处的分散相液滴受到剪切应力的作用"液滴在剪切应力的作用下，可能发生扭曲！变形及破碎等现象”旋流分离器中复合涡的切向速度表达式为：v,。0二C由此可得出分散相液滴所受的剪切应力：（1.8人连理_L二大学硕十学位论文口厂u"!,_!_1-.-一.口二-,一.,工万诸_门封ill二一/.n十i几r口，气11,!,n+lUrr/r（1.9从上式可以看出，液滴所受而剪切力与连续相介质的粘度声！常数"和C及液滴所在位置白半径：有关“旋流器各截面上的n值是不等的，每个截面上的n基本

28、不随流量的变化而变化。常数C与流量成正比关系"因此,对于相同位置的液滴，其所受剪切应力随流量的增加而增加"此外，剪切应力随勃度的增大而增大，这就是勃度高的液体在旋流分离器中分散相液体介质乳化严重而难于分离的原因"当n二一1时为强自由涡，则剪切力为零，故强制涡中不存在剪切力"。液滴破碎的原因9Il实际应用条件下旋流器里的流动大多处于湍流状态，导致液滴破碎的水力学因素可归结为以下两个方面：a.由于时间平均的速度梯度而产生的粘性剪切力。b由于湍流而产生的瞬时剪切力和局部压力波动"当分散相和连续相的粘度比大于3时,液滴不发生剪切破碎，只发生剪切变形，在

29、旋流器正常工作条件下，流体与液滴之间的相对速度不是太大，因而由于时间平均的速度梯度而产生的粘性剪切力对液滴破碎的影响可以忽略不计”旋流器中液滴的破碎主要是由于两相混合物的湍流运动产生的！水力旋流器内两相湍流结构的实测研究20结果表明，轴向！径向及切向速度在水力旋流器内的湍流强度在不同断面（沿轴向都呈不同凹度的鞍形分布"在旋流器内回旋流动的中心区，湍流度相对较低且变化平缓。而在旋流器器壁附近和空气柱附近，湍流强度明显增大，尤以空气柱侧的湍动更为剧烈”这是由于在空气柱附近内旋流中的三维速度均较高，并在很小的径向距离上形成相当大的速度梯度，空气柱的空间位置极不稳定且快速晃动，促使水流在较窄

30、范围内脉动幅度急剧增加，进而造成该区水流的剧烈湍动”近壁面处的湍动较强是由于高速旋转的液流与器壁碰撞与摩擦的结果”剧烈的湍动及较高的速度梯度产生了较大的雷诺切应力，导致了液滴的大量破碎甚至乳化”?液滴破碎的判据液滴在一种湍流场中的变形直至破碎取决于液滴的大小！两相的物理化学性能（如密度!粘度!界面张力等！液滴的浓度以及局部能量的耗散”一个振动的液滴，表面经受剪切力及湍流速度和压力的变化，如果其动能能够弥补单个液滴和由于破碎而产生的两个或多个小液滴之间的表面能差，那么这个液滴将处于不稳定状态"可见，液滴振液液分离设各性能研究动的动能E!与表面能E:的比值决定着液滴是否破碎，将这一比值定

31、义为液滴的weber数.当Wbeer大于某一临界值时，液滴将会发生破碎"13.2离心机分离模型对颗粒进行受力分析（忽略漩涡影响,轴向和切向仁，忽略重力和浮力的作用，认为物质颗粒与液相流体具有相同的速度"径向上，由于虚浮液固相浓度很低，忽略颗粒间的相互影响（不考虑干涉沉降，物质颗粒受力为离心力！向心浮力和产生相对径向运动后的形体阻力"在这合力作用下，颗粒将产生指向转鼓壁的加速度12."设离心机能够分离当量直径为诱"的颗粒，认为该当量直径的颗粒在径向上走完半径为:"的液流自由表面（即液流内表面到半径为R的转鼓壁的路程，在轴向上正好走完转鼓

32、轴向长度H的路程，认为该直径的颗粒会从悬浮液中分离掉"对颗粒的轨迹方程进行积分，得到式（1.5的离心机分离过程数学模型：18刃In才dso0r励H（户！一户>（尺.一0r.>（1.10>式（1.5>也是确定离心机基本结构的理论依据"1.4本论文的研究目的和研究内容本文通过查阅文献，根据离心分离的理论，运用数值模拟和设计1t算相结合的办法，设计出了一套液液分离微型旋流器和一套新型直板式离心机"通过数值模拟对离心机及旋流器的内部流场进行模拟研究，从而准确的指导了离心设备的设计工作"经过设计选型加工出了离心机和微型液液旋流器，并且通过分

33、析实验结果来展望进一步的改进思路和方法"人连理仅学硕十学位论文2,离心设备流场模拟计算数值*II拟！理论分析和模型实验是研究流体力学的三种主要手段，这三种研究方法必须相互配合相，相互补充，相互促进，刁-能共同推进流体力学学科的发展并解决各种工程实践问题"数值模拟方法的特点是用比模型实验所需花费少得多的情况下给出流场内部细节的详细描述"随着计算流体力学和计一算机科学的迅速发展，数值模拟方法在解决流体力学问题中的地位和作用己经发生了很大的变化"要使数值模拟技术为工程设计提供高质量！短周期和可靠的分析设计依据必须要求数值模拟过程中的每一环节（数学*II型！网格

34、生成！数值算法及边界条件等都要求是先进的，它们决定了数值模拟成果最终的可靠性和实用性"2.1数值模拟所用的求解模型2.1,1基本方程数值计算需要解三个基本方程，即质量！动量和能量守恒三个方程"根据分离器流场的特点，其在恒温体系中的质量和动量守恒方程为：助次日+二二一（户碑,>=U汰,（2.1>口！日！助a_刁u-日u。2_日u,_丁（UP,>+Tf一（UP,u,二一二午+百一L刀（万二H一万万氏厂万止1+用,+八陇改I汰-盘I盘l此,j汰1（2.2>式中p是静压，g,！只分别为i方向上的重力体积力和外部体积力（如离散相相互作用产生的力>&quo

35、t;式还包含了其它模型相关的源相"2.1.2雷诺平均首先对流场变量进行雷诺分解，即将各变量写成平均量与脉动量之和的形式，然后对质量和动量守恒方程进行雷诺时均，其中考虑在不可压假设下的密度脉动为零，并忽略质量力和其它源项得到：助次日+二万一（厂滩沼-二U改，（2.3日,!口，二了气户泌-+二一.气户沼，u,l口t汰J助击，a",日u!+二一!_声L万一+盘/改J日u。竺一呈娜丛1汰。3xl-日十二一一（一汰，:可，尸（24液液分离设各性能研究上式称为雷诺平均N-S方程”式中侧：可就是所谓的雷诺应力”下面介绍的胭Gk/和RsM模型就是为解决雷诺应力与平均应力之间的关系，以使方程封闭"3RNGk”模型NKGk-e模型采用Buossineqs假设，把雷诺压力和平均速度梯度联系起来：Pu:哟日u日u。2_加_二产,（二二+下二一百（越+声，瓜二氏改J改,jxa,（252.1.4RSM模型Fluent中RSM是制作最精细的模型，它放弃等方性边界速度假设，RSM模型使得雷诺平均N-S方程封闭"RSM模型更加严格的考虑了流线型弯曲！旋涡！旋转和张力快速变化,对于复杂流动有更高精度的预测潜力"当要考虑雷诺应力的各项异性时，必须使用RSM模型，如咫风流动！燃烧室高速旋转流！管道中的二次流