旋风分离器作为一种分离设备,它结构简单、无运动部件、制造安装投资少;操作、维修简便,压力适中,动力消耗不大,运转、维护费用低;分离效率高,对于物料的物理性质无特殊要求,且性能稳定。本文利用旋风分离器的负压环境改进传统的喷雾蒸发技术,开发一套具有结构简单、处理量大以及低能耗的高盐工业废水处理设备。采用数值计算的方法对气液旋风分离器、收集器、旋风分离器锥体段壁面蒸发进行了计算分析,最后选择旋风分离器的一种模型尺寸搭建实验平台进行实验研究。本文通过对国内外学者研究工作的总结,确定了数值模拟旋风分离器和壁面蒸发的湍流模型、数值计算方法。旋风分离器仿真结果与Hoekstra实验结果的基本一致,验证了采用离散相(DPM)模型、雷诺应力模型(RSM)湍流模型、速度入口和压力出口边界条件、计算求解器设置的合理性;壁面蒸发仿真结果与Bartolomei的实验数据进行比较,得出模拟值与试验值壁面温度分布比值与实验数据基本一致,验证了采用Evaporation-Condensation(蒸发冷凝)模型及其求解器设置的合理性。工况条件的变化影响旋风分离器的分离性能,改变入口处的液滴粒径、入口速度、入口含液量和操作压力进行研究。随着入口速度和液滴粒径的增大时,液滴所受的离心力增大,液滴易被分离器的壁面捕获而分离;气液旋风分离器的分离效率随着入口含液量的增加而显著提高,总压降随着入口含液量的增加先保持稳定而后逐渐增大;旋风分离器的分离效率和总压降随着出口处压力的增加而降低。在入口速度为18m/s条件下,分析了旋风分离器的圆柱段和锥体段长度、溢流管插入深度、溢流管直径、底流管直径、入口管道倾斜角度、防液体蠕动裙边宽度的各结构尺寸模型切向速度和轴向速度随着径向位置改变的变化趋势。在进口速度为16.1m/s、18m/s、25m/s条件下,并以雾滴的典型粒径尺寸10μm为入射颗粒粒径,分析了各模型的压降及分离效率。综合分析结果,旋风分离器的压降和分离效率随着各结构尺寸的变化,非线性变化。通过对靠近旋风分离器溢流管口处的三种叶片底端直径模型进行了仿真计算,发现底端直径不可小于底流管直径,进而确定叶片组的尺寸。根据壁面不同温度对蒸发的影响,得出在旋风分离器壁面进行蒸发,在壁面温度较低时液体的蒸发主要受温度的影响;壁面温度升高后压强成为影响液体蒸发的主要因素。对收集器采用不同的进口和出口的五种模型进行分析。从压降和收集效率两方面进行考虑,采用切向入口形式要优于中间入口形式,而采用顶端出口形式优于侧面出口形式,将锥体加长性能进一步提高,最后确定采用切向入口顶端出口(锥体加长)方案。针对旋风分离器的改进结构进行了两项实验,即旋风分离器内加入叶片组结构前后分离效率实验和旋风分离器处的蒸发效率实验。加入叶片组结构与无叶片组结构进行比较,加入叶片组结构后旋风分离器的分离效率提高4.6%;将旋风分离器锥体端的二次加热设备温度设置为100℃、110℃、120℃、130℃、140℃进行实验,比较发现蒸发效率的实验值与模拟值的曲线变化趋势基本一致,表现出先增大后减小的趋势。本文主要研究了旋风分离器在不同工况条件和不同结构尺寸下分离性能的变化;在旋风分离器锥体段加入叶片组结构后的分离性能的变化,并对锥体段在不同壁面温度下的蒸发进行分析;通过搭建实验平台,对旋风分离器内加入叶片组结构前后分离效率实验和旋风分离器处的蒸发效率实验两方面进行实验研究。该论文有图63幅,表23个,参考文献81篇。