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如何通过水力旋流器结构图看径向湍流分析?

        流量越大,稳态时空气核扭曲越严重,流量小时弯曲严重;其次,不同进口流量下空气核直径不同,进口流量越大空气核直径越大,但其直径沿高度的变化小;再其次,空气核沿水力旋流器几何中心偏摆,进口流量小时上部偏摆大,进口流量大时,底流口附近偏摆大。通过分析发现,若要减小空气核对流场和分离的影响,则每一种结构的水力旋流器都有一对应的最佳操作参数(进口流量),在此条件下空气核既不会产生过大的尺寸,也不会出现过分严重的“偏摆”现象。

水力旋流器

        如何通过水力旋流器结构图看径向湍流分析?

        对于 20 度锥角水力旋流器稳态时空气核的形状特征而言,当流量较大时,空气核在锥体中部1/3范围内出现扭曲现象比较明显,且底部弯曲严重,但在整个长度范围内的直径尺寸变化较小;当流量较小时,空气核扭曲虽然不明显,但在柱锥交界处出现了明显的弯曲现象,且在整个长度范围内的直径尺寸变化较大。
        还可以看出,当形成稳定的空气核后,流量为 2、3m³/h时其形状类似于正弦曲线;流量为 4m³/h 时,在锥体部分产生了“类绳扁平状”的空气核。因此,过去研究认为空气核的形状是“柱状、麻花状、正弦状”等形状都是不全面的。从这里可以看出,空气核的形状是随着流量的不同而发生变化的。
聚氨酯旋流器结构展示
        综上所述,随着进口流量的增大,水力旋流器内流体旋转离心力场也随之增大,由于进口结构不对称的影响,致使在流体旋转离心力场增强的同时还伴随着湍动的加剧,从而出现“类绳扁平状”形态的空气核。此外,由于在水力旋流器上、下部分存在径向湍动差异,使得空气核出现偏摆和弯曲现象。此现象是流场随机波动的反应,但反过来它义影响着流场,这使得颗粒沿径向方向的规律分布受到一定程度的破坏,从而导致分离效率的卜降。
        对于 3O 度锥角水力旋流器稳态时空气核的形状特征而言,随着流量的增加,弯曲和扭曲现象越明显,但与 10 和 20 度锥角的旋流器相比,又要轻微得多;其次,无论流量是大还是小,空气核在整个长度范围内的直径变化都不明显。
        两种水力旋流器中,都是随着旋转半径的减小,径向湍流度增加而相对湍流度降低。根据湍流理论,在流动方向具有正速度梯度的流动中,相对湍流强度有下降的趁势,而在具有负速度梯度的流动方向,湍流有增加的趋势,这是通过对生成湍流的能量的分析而得出的结论。在水力旋流器中,径向速度随半径的减小而增加,即在流动方向具有正速度梯度,从而相对湍流度减弱。
水力聚氨酯旋流器
        需要指出的是,从空间速度梯度的符号来判定相对湍流度的变化,其前提是流动方向与速度梯度的变化方向一致。当两者不同时,情况就复杂得多,需要考虑这两个方向脉动速度的相关函数的符号,在理论上尚无确定的结论。但就水力旋流器而言,实测结果表明,切向及轴向相对湍流强度沿径向的变化仍然随该方向相应速度的增加而降低,或随该方向相应速度的减小而增强。
        可见,在无强制涡水力旋流器中,径向湍流度有所减小,相对湍流度亦然。前者显然与径向平均速度较低有关,后者则再次表明了中心固体棒对流场的称定作用及对径向流动的限制作用。