一种带有螺旋沟槽减阻结构的固液旋流分离器制造技术

本发明专利技术公开了一种带有螺旋沟槽减阻结构的固液旋流分离器，设有圆柱段、锥段、底流管、溢流管和进料管，其特征在于：所述圆柱段的筒体的内壁面设有螺旋仿生沟槽结构，所述螺旋沟槽为连续放置方式、形状为锯齿形，所述连续放置方式由两条锯齿形沟槽构成，所述锯齿形沟槽尺寸由无量纲参数h

【技术实现步骤摘要】
一种带有螺旋沟槽减阻结构的固液旋流分离器


[0001]本专利技术涉及固液分离分选
，具体地说是一种结构简单，降低圆柱段表面阻力，提高分离效率的沟槽壁面的固液旋流分离器。

技术介绍

[0002]在自然界中，为适应生存环境许多的动物进化出多种减阻结构，这在鱼类、鲨鱼以及海豚等高速游动的物种中早已存在。比如，鲨鱼的“肤齿”，也就是皮肤上的微小鳞片表面的小沟槽，已有实验证明该结构可以有效减少游动时的阻力。NASA兰利研究中心发现顺流方向的微小沟槽表面能有效降低壁面摩擦阻力，突破了表面越光滑阻力越小的观念。泳衣业制造商澳大利亚Speedo公司研制开发的“FAST
‑
SKIN”泳衣，可以减少3％的阻力。
[0003]旋流分离器是由于不同相之间存在密度差与粒度差并且彼此互不相容，产生不同的离心力以来加速物料中重介质相的沉降以及分离，实质为流体涡旋的产生、发展以及消失的过程。在半自由涡中，壁面摩擦阻力和压差阻力对旋流器的分离效率以及能量消耗起着支配作用，其中最重要的阻力为壁面摩擦阻力，它是由于流体与固体表面相互作用产生的。因此，对于减阻结构的研究尤为重要。

技术实现思路

[0004]为减少圆柱段内壁面的摩擦阻力，本专利技术的目的是提出一种成本低，降低表面阻力，分离效率高的带有螺旋沟槽减阻结构的固液旋流分离器
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006]一种带有螺旋沟槽减阻结构的固液旋流分离器，包括圆柱段、锥段、底流管、溢流管和进料管，所述圆柱段与所述进料管切向连接，所述圆柱段的下端通过法兰与所述锥段相连接，所述锥段的下端与所述底流管相连接，所述圆柱段的上端中部设有所述溢流管，所述溢流管的下端伸进所述圆柱段内，所述溢流管的上端延伸至所述圆柱段外，所述溢流管的上端设有溢流口，所述圆柱段的筒体的内壁面设有螺旋仿生沟槽减阻结构，所述沟槽减阻结构为连续放置方式，所述沟槽减阻结构形状为锯齿形，所述连续放置方式由两条螺旋锯齿形沟槽构成，所述锯齿形沟槽尺寸由无量纲参数h
+
和s
+
函数计算得出，通过螺旋沟槽结构合理利用能量，提高分离效率；
[0007][0008][0009]其中：u
τ
为壁面摩擦速度，m/s；
[0010]ν为流体的运动粘度，Pa
·
s。
[0011]优选地，所述旋流器内壁面设有两条螺旋锯齿形沟槽，螺距为2mm，起始角度相差
90
°
。
[0012]优选地，所述锯齿形沟槽于进料管的下部开始，锯齿形沟槽于圆柱段与锥段的交界处结束。
[0013]优选地，所述螺旋沟槽在内壁面的过流表面的横截面为锯齿形，单个锯齿形的边长为1mm的正三角形。
[0014]具体的，圆柱段的过流表面由连续放置的第一沟槽和第二沟槽构成，沟槽的方向为设计工况时的流线方向，第一沟槽与第二沟槽的起始角度相差90
°
，第一、二沟槽的横截面为相同的锯齿形结构，沟槽的间距s为1mm、高度为0.877mm、夹角α为60
°
。
[0015]以进料管速度6m/s时为例，沟槽的高度与宽度尺寸按照无量纲参数h
+
和s
+
函数来计算得出。
[0016]本专利技术与现有旋流器相比，具有以下优点：
[0017]本专利技术在固液旋流分离器的圆柱段过流表面设置了沟槽减阻结构，沟槽的横截面为锯齿形，放置方式为连续放置方式，可以有效降低圆柱段内壁面的表面阻力，使得能量利用率和分离效率得到提高。由于沟槽的高度、宽度相较于旋流分离器整体较小，不改变旋流分离器的工作原理以及半自由涡区与强制涡区的范围，保持旋流分离器原有的分离性能；圆柱段表面沟槽加工简单，成本低，可降低对圆柱段内壁面的表面粗糙度，可满足多种粒径范围分离的固液旋流分离器。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0019]图1为一种带有螺旋沟槽减阻结构的固液旋流分离器工作原理示意图；
[0020]图2为一种带有螺旋沟槽减阻结构的固液旋流分离器截面示意图；
[0021]图3为沟槽减阻结构过流截面的示意图。
[0022]其中：1、溢流管；2、进料管；3、圆柱段；4、锥段；5、底流管；6、内旋流；7、外旋流。
具体实施方式
[0023]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创新型改动的前提下所获得的所有其他实施例，均属于本申请保护的范围。
[0024]本专利技术一种带有螺旋沟槽减阻结构的固液旋流分离器，包括圆柱段3、锥段4、底流管5、溢流管1、进料管2、内旋流6和外旋流7，所述圆柱段3与所述进料管2切向连接，所述圆柱段3的下端通过法兰与所述锥段4相连接，所述锥段4的下端与所述底流管5相连接，所述外旋流7通过底流管5流出，所述圆柱段3的上端中部设有所述溢流管1，所述溢流管1的下端伸进所述圆柱段3内，所述溢流管1的上端延伸至所述圆柱段3外，所述溢流管1的上端设有溢流口，所述内旋流6通过溢流管1流出，所述圆柱段3的筒体的内壁面设有螺旋仿生沟槽减
阻结构，所述沟槽减阻结构为连续放置方式，所述沟槽减阻结构形状为锯齿形，所述连续放置方式由两条螺旋锯齿形沟槽构成，所述锯齿形沟槽尺寸由无量纲参数h
+
和s
+
函数计算得出，通过螺旋沟槽结构合理利用能量，提高分离效率；
[0025][0026][0027]其中：u
τ
为壁面摩擦速度，m/s；
[0028]ν为流体的运动粘度，Pa
·
s。
[0029]首先确定旋流分离器的圆柱段尺寸；根据圆柱段尺寸进一步确定锥角大小、溢流管插入长度、溢流口直径、底流口直径以及住段高度，根据实际工况确定入口个数以及面积大小。然后确定沟槽的形状，如高度h,间距s,角度α。具体的技术方案如下：
[0030]一、确定旋流分离器的圆柱段尺寸。旋流器根据直径选择过程中，通常会选择一个较大范围的直径区域，可根据生产能力和分离粒度的基础上，初步算出直径，再与其技术性能表中选取相近的标准直径。根据经验公式计算旋流器的直径：
[0031][0032]其中：D为柱段直径，mm；
[0033]δ为颗粒密度，kg/m3；
[0034]ΔPm为入口压力，Pa；
[0035]d
m
为分离粒度，μm；
[0036]μ
m
为混合物黏度，Pa
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带有螺旋沟槽减阻结构的固液旋流分离器，包括圆柱段、锥段、底流管、溢流管和进料管，所述圆柱段与所述进料管切向连接，所述圆柱段的下端通过法兰与所述锥段相连接，所述锥段的下端与所述底流管相连接，所述圆柱段的上端中部设有所述溢流管，所述溢流管的下端伸进所述圆柱段内，所述溢流管的上端延伸至所述圆柱段外，所述溢流管的上端设有溢流口，其特征在于：所述圆柱段的筒体的内壁面设有螺旋仿生沟槽减阻结构，所述沟槽减阻结构为连续放置方式，所述沟槽减阻结构形状为锯齿形，所述连续放置方式由两条螺旋锯齿形沟槽构成，所述锯齿形沟槽尺寸由无量纲参数h
+
和s
+
函数计算得出，通过螺旋沟槽结构合理利用能量，提高分离效率；旋沟槽...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵振江，周岭，韩勇，蒋磊，范文，白宏恩，陆伟刚，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：