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旋流分离机理报告

一、水力旋流器的结构及原理

1.1固－液分离水力旋流器基本结构

用于固-液分离的水力旋流器的基本结构如图1-1所示。第I部分是旋流体，

也是主体部分，通常是由上部的圆柱段与下部的圆锥段组成。圆柱段称为旋流腔，

液体从切向入口进入旋流腔内产生高速旋转的液流。旋流腔的直径D是水力旋

流器的主直径，直径D的大小不但决定了水力旋流器的处理能力，而且也是确

定其它参数的重要依据。旋流体长度L是旋流腔长度L1和圆锥段长度L2两段之

和。圆锥段的锥角为θ，其大小影响水力旋流器分离固体颗粒的能力。

第II部分是水力旋流器入口，其直径用Di表示。它在旋流腔的切向与旋流腔。

根据入口管数量不同，有单入口、双入口和三个以上多入口之分；入口形式主要

有涡线型、弧线型、渐开线型等，其目的都是为了减少入口处液流的冲击，使液

流容易在旋流腔内形成高速旋转的涡流，并具有稳定的流场。入口横截面形式主

要有圆形和矩形等。当截面为非圆形状时，其入口直径Di则是指其当量直径。

第III部分是水力旋流器溢流管，即低浓度液体介质出口（固体含量低）它位

于旋流腔顶部的中心处，其内径用Du表示。溢流管伸入旋流腔的长度用Lu表

示，其大小在不同的设计中也不一样，有的设计中令其为零，即溢流管与旋流腔

顶部平齐，不伸入旋流腔内。通常情况下应将其伸入旋流腔内，以降低短路流对

旋流器分离效率的影响。

第IV部分是水力旋流器的底流管，即高浓度液体介质出口（固体含量高）。

它位于圆锥段的下方，其内径用Dd表示，与圆锥段小端直径相等。旋流体、

溢流管和底流管位于同一轴线上，在制造上有较高的同轴度要求，以满足水力

旋流器的分离性能需要。

有的固液分离水力旋流器根据实际情况不设置底流管。在上述结构参数之

中，主直径D和圆锥角θ两个参数最为重要。这是因为入口直径Di、溢流管直

径Du和底流管直径Dd均与D成一定的比例关系，针对不同应用的设计所选用

的比例关系也不同，而旋流体长度L是由D和θ决定的。这些参数中任何一个参

数的变化都会对水力旋流器的性能产生很大的影响。水力旋流器的分离原理如图

1-2所示。

当混合介质由切向入口进入旋流腔后，在旋流腔内高速旋转，产生强烈的涡

流。在后面连续而来的液体推动下，旋流腔内的液体边旋转边向底流口运动，其

运动路径呈螺旋形。旋转的液体进入锥段，旋流器的内径逐渐缩小，液体旋转速

度相对加快。由于两相介质的密度差，使两相介质所受的离心力不同，轻质分散

相（水及少部分小颗粒）向轴线附近的低压区移动，聚集在轴线附近，边旋转边

向溢流口移动，从溢流口排出；分离出的颗粒（含少部分水）则由底流口排出。

1.2液－液分离水力旋流器基本结构

液-液水力旋流器可以分为四大部分，见图1-3。液-液分离水力旋流器的主

体一般由三段组成：圆柱段的旋流腔，其直径为D1，是水力旋流器的重要参数

之一，它决定着水力旋流器的处理能力；锥角为α的大锥角锥体段；锥角为θ

的小锥角锥体段。

大锥角锥体段的小端直径D是

旋流器主直径。旋流腔轴向长度用L1

表示。α角与θ角的大小是极为重要

的两个参数，它们的改变将极大地影

响液-液分离的性能。

第二部分是水力旋流器入口，入

口直径Di为入口当量直径。入口横截

面形状可分为圆形与矩形两种。液-液

分离水力旋流器的入口分为单入口、