张丹等[3]的研究表明锥角的大小对于水力旋流器的分离性能影响比较大。随着锥 角的增大，分离效率呈现出先升高后降低的趋势。且增大旋流器锥角在提高分离效率 的同时会引起分离精度的下降。

钟声[4]提出增加溢流管伸入长度并在管壁开孔的结构优化方案并确定出了最优 的方案，室内试验的分离效率达 90%。

赵立新等[5]创造性地提出在用于气-液两相分离的旋流器内部加装一个倒锥形的 内核，从而获得更加稳定的流场。实验结果证明这样的设计有助于减小压降，进而增 大旋流器所能处理的分流比范围。

1。2。2 内部流场模拟

由于水力旋流器内部流场复杂多变无法通过数学模型描述，直到数值模拟法出现， 才高效准确地解决了流场研究的问题。利用 CFD 软件对水力旋流器的实际工况下的 内部流场进行模拟，获得流场的分布情况，可达到预测分离性能，优化结构设计的目 标。目前数值模拟法已经被广泛地应用于水力旋流器的研究中。

许妍霞等[6]在运用雷诺应力模型对旋流器内部流场进行数值模拟的基础上，将数 值模拟结果和旋流器实际流场进行对比，结果基本一致。

王志斌等[7]采用基于雷诺应力模型的数值模拟法对旋流器内部空气柱的特性进 行了研究，研究结果显示，空气柱具有强制涡的特点以及底小顶大的外形特征，同时 由于强旋流的原因会在轴线附近发生偏摆。

S．Amini 等[8]在设计用于井下油水分离的水力旋流器时，利用数值模拟法构建了 旋流器流场分布模型，获得连续相的切向、径向和轴向的速度分布，并由此预测不同 分离效率和分流比要求的水力旋流器基本结构参数，取得了良好的效果。

1。2。3 应用技术拓展

早在 20 世纪 60 年代，水力旋流器作为高效的分离设备被广泛用于矿物分选，到 目前为止主要应用包括：浓缩作用、澄清作业、颗粒分选、颗粒分级、液气分离和液 液分离等。随着研究的深入，水力旋流器将会在更多行业得到更广泛的应用。

蒋明虎等[9]发明的内锥式气液固三相旋流器具有分离效率高体积小的特点，被广 泛地应用于我国目前石油采出液的三相分离。

韩宁等[10]通过大量的研究提出一种超细分级水力旋流器用于去除浮选入料中10~40 μm级别的高灰细泥。

张士瑞等[11]使用 10 mm 微型固液分离器对平均粒径为 16 μm的催化剂粉末进行 分级，处理后顶流的质量分数可以降低至 0。018%，平均粒径可降低至 5。6 μm。

1。3 本课题研究内容

本课题利用计算流体力学（CFD）软件 FLUENT 完成了单入口单锥段、双入口 单锥段以及单入口双锥段三种不同结构形式的蜗壳式切向入口旋流器内部流场的数 值模拟，并对其内部流场的相关参数进行分析，比较不同的结构形式对旋流器的性能 能的影响。

1）利用 SOLIDWORKS 建立蜗壳式切向入口旋流器数值模拟的三维模型，并利 用 GAMBIT 对其进行网格划分。

2）通过计算流体力学软件 FLUENT，利用雷诺应力模型对水力旋流器内部流场 进行单相数值模拟。分析旋流器内部的速度分布和压力分布，确定影响流场分布的关 键结构参数。利用离散相模型（DPM）模拟不同粒径的固体颗粒的分离过程，获得相 应的分离效率，分析固体颗粒的运动规律

4）对比不同形式的蜗壳式切向入口旋流器的数值模拟结果，分析不同形式的旋 流器内部流场特点以及影响旋流器分离性的因素。

第二章 水力旋流器基础理论

2。1 旋转流体的基本理论