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水力旋流器是利用固、液两相密度差和离心力实现固—液混合物分离和分级的一种设备,本文立足于旋流器现有的的理论和技术问题,以提高其分离效率为目的,通过CFD数值模拟,从宏观上分析水力旋流器分离过程;基于CFD-DEM耦合对水力旋流器分离过程性能仿真分析,从微观上反应旋流器内沙粒的运动情况;最后结合实验和激光粒度仪测试的研究,取得了以下主要成果:1、本文采用所建立的多相流数学模型,重点考察了水力旋流器结构参数、外界条件(压力、流速)和水沙特性(颗粒直径、比重、浓度)对水力旋流器水力特性和水沙处理能力的影响。结果表明:溢流口直径对流场的影响最大,浓度对特小型旋流器分离效果影响最为显著。2、基于CFD-DEM耦合的沙粒在水力旋流器过程的仿真分析,模拟结果表明:沙粒粒径越小,沙粒向下运行的距离越小,越容易从下降趋势中进入到上升流中,越难以分离。粒径为40μm的沙粒,在圆柱体与圆锥体交界面处出现沙粒峰值,分离效果易受影响,而50μm和60μm沙粒在圆锥体部分出现峰值,具有较好的分离效果。通过跟踪单个沙粒和沙粒群的运动,沙粒在圆柱体内主要作圆周运动,进入到圆锥体部分,沙粒既有圆周运动,又有明显的进入沉沙口的直线运动。分析大量沙粒个体和群体运动,以及群体分布情况能从微观角度了解旋流器的分离效率,为水力旋流器性能研究的有效手段。3、基于数值模拟结果,针对外部环境对旋流器分离性能的影响进行实验研究,对实验样品进行颗粒级配测试,通过测试,验证了粒径越大,对分离效果影响越明显的结论。