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关键词:离心机;转鼓;Stokes定律;颗粒沉降;物理模型
(一)薄层流动沉降理论
计算卧螺离心机生产能力的传统的Σ理论对离心机转鼓内料液流动和颗粒的沉降分离行为进行了高度的简化假设,要点是“料液在没有螺旋的空转鼓内沿轴向方向做一维流动,颗粒沉降遵守“Stokes定律”。采用这个理论计算的结果往往与实际情况差距很大,有时甚至是数量级的差距,如计算生产能力远大于实际生产能力,计算的分离临界粒度远小于实际产品的最小粒度。
根据对转鼓内料液流动进行的 CFD(Fluent程序,有限元计算方法)初步分析结果,我们认为Σ理论简化假设的核心“料液在没有螺旋的空转鼓内沿轴向方 向做一维流动”是计算结果与实际严重不符的主要原因。如图 1-1,料液从转鼓 进料端进入,沿轴向向左流动,流动中颗粒向转鼓内壁沉降,料液逐渐澄清,澄 清的液体在转鼓左端的溢流口流出。在流动方向上,由于推料螺旋的存在,螺旋 叶片好比流动路径上的一块块隔板,液体只能翻过各隔板流动,而隔板之间的区 域,液体轴向流动速度极低甚至可认为基本处于静止状态。因此我们有理由认为, 料液流动主要在螺旋叶片的顶部以上,结合在转鼓溢流口端的翻堰流动,料液是 在螺旋叶片顶部到自由液面间的不太厚的液层区域流动,决不是在转鼓环形的整 个截面流动的。
我们把这种更接近实际情况的流动假设称为“薄层流动”。
1) 转鼓内物料的运动、流动和分离行为沿转鼓径向方向分成四个区域;
2) 对四个分区内的物料运动和流动行为应该进行分别分析计算;
3) 最内层的区域1定义为澄清区,其主要特征是澄清液的轴向和周向流动;
4) 区域2定义为自由沉降区,其主要特征是分散固体颗粒的沉降运动行为及液体轴向和周向流动对颗粒沉降运动的影响;
5) 区域3定义为混沌区或压缩区,其主要特征是固体颗粒的集团压缩和沉降运动,该区域物料整体上流动行为发生变化,已脱离牛顿流体的属性范围;
6) 区域4定义为沉渣区,其主要特征是固体颗粒在离心力场中的螺旋推送运动,完全脱离流体力学属性。
从这个物理模型可以看出,待分离的料浆经进料管加入到转鼓的进料区随转鼓旋转,在旋转离心力的作用下,料浆中的固体颗粒发生沿径向方向的沉降运动,沉积富集在转鼓壁上形成沉渣,并被推料螺旋向锥段方向推送出转鼓,而澄清的液体则沿转鼓轴向流动到大端溢流排出。显然,上述4个区域中,只有区域1和区域4涉及物料的排出,与转鼓进料区共同构成离心机物料进出平衡的计算截面系统。所谓卧螺离心机分离工艺计算,就是指对转鼓进料区的物料在4个区域内运动、最后经区域1和4分别排出转鼓的操作行为和条件进行分析计算,以确定离心机的分离生产能力(料浆流量,或澄清液流量,或沉渣产量)和分离产品质量(澄清液含固量,固体含湿量,固体回收效率)。
不同的生产能力表述针对不同的卧螺离心机用途。对以澄清液为产品或生产目标的离心机(如果汁和饮料的澄清生产),就用澄清液生产能力;对以沉渣为产品或生产目标的离心机(如HDPE、PVC和PTA的生产),就用沉渣生产能力;而像污水处理这类用途的离心机,则采用料浆生产能力(污水处理量)。
卧螺离心机分离工艺过程的目标,是要获得满意的固相回收率(如果固体为产品),或者满意的固相去除率(如果液体为产品或需要安全合格排放)。因此,控制离心机沉降分离的关键参数是分离总效率(累积分布)。
传统的卧螺离心机工艺计算的Σ理论,假设一个孤立的固体颗粒随液体进入转鼓,通过解方程来确定该颗粒的运动轨迹,以颗粒运动落在转鼓内壁位置为判断准则,计算离心机的所谓当量沉降面积。大量的实际经验表明,Σ理论的计算结果与离心机的实际操作结果差距常常达几倍,有时甚至差数量级,因此几乎完全不能作为设计依据。如果用图1的模型来评判Σ理论,显然其假设最多只能适合区域1(这个区域内的固相浓度最低)的情况;在区域2,由于固相浓度较高,虽然我们仍然认为颗粒的沉降运动遵Stoke定律,但必须考虑颗粒间运动时的相互干涉,即必须对Stokes公式进行修正;在区域3(压缩区,或称为混沌区),混合流体的性状已发生显著变化,甚至有可能已失去牛顿流体的性质,我们认为已不适用Stokes定律,最好用流变学方法来计算;在区域4,颗粒堆积成床层,其运动行为由推料螺旋决定,最好用粉体力学方法来分析。
(二)卧式螺旋卸料沉降离心机的“上浮临界粒度模型”
前面的“薄层理论”,实际上只考虑了料液的轴向流动行为和固体颗粒的Stokes沉降运动行为,核心仍然是基于轴向方向的一维流动。我们对图1-2(图1 亦然)的流动模型进行CFD分析,发现流动并不是一维的,即在转鼓的轴向剖面的流动是二维的,因为在螺旋叶片顶部区域以及转鼓溢流口区域要产生显著的涡流。料液的流动不只在轴向方向,也在径向方向,且是从转鼓壁指向轴心的。这就是说,料液在转鼓内存在径向运动,运动的方向在某些位置与颗粒的Stokes沉降运动方向相反!料液的反向径向运动必然带动固体颗粒上浮,这显然应该被看成是影响离心机沉降分离的关键性因素之一。
根据转鼓内料液流动的CFD分析结果,并与实际生产情况进行对比,我们提出了描述卧式螺旋卸料沉降离心机分离工艺的“上浮临界粒度模型”。
1. 物理模型
为了数学建模并进行CFD求解,我们在图1-1的基础上重新建立了卧式螺旋卸料沉降离心机转鼓内流场的物理模型,如图1-2所示。
2. 物理模型描述和简化假设
卧螺离心机物理模型(1/2 模型)如图1-2所示,由于卧螺离心机内流体动力学非常复杂,FLUENT软件尚无可直接运用的模型进行模拟,因此本文对卧螺离心机内分离过程做了适当简化和假设:
(1)悬浮液由加料管轴向进入加料仓后,在此处螺旋加速到与转鼓转速同 步后,沿加料孔径向进入转鼓内的液池A区。在转鼓内,液相沿轴向流动(从左至右)至液相溢流出口B区,固相沉渣被螺旋输送器(从右到左)推送至排渣出口C区。
(2)悬浮液径向进入转鼓液池A区时,由于从径向流动突然转变到轴向和 周向流动,其流动形态非常复杂。为简化起见,在此处假设液体由径向直接转为AB的轴向流动。圆锥段为沉渣输送段,不考虑液体在AC之间的流动,流 体流动主要发生在圆柱段。在AB区之间,固体颗粒的沉降运动行为及其随液体流动的轴向和径向运动行为决定其分离行为,因此对该区域的流场进行计算。
(3)螺旋与转鼓间的差转速对液体流动产生两个影响:一是螺旋叶片从右至左(BAC)推送流体,这将延长流体在转鼓内的停留时间,有利于颗粒的沉降分离;二是叶片带动流体做旋转运动,但转速相对转鼓转速很小。这两个影响都忽略,即假定流体与螺旋叶片没有相对运动。因此,螺旋叶片被看出是转鼓液池内的环向隔板,叶片与螺旋筒之间开环形的流体流动通道。
(三)结论
1、宣泄室顾名思义就是用来宣泄的房间,宣泄室在国外并不鲜见,随着国内生活水平的提高,开始关注心理健康,近年来也开始在我国出现。把闷在心理的情绪宣泄出来,是有助于心理健康的一种方式。随着生活压力的增加,宣泄不为是释放压力的方法。
2、宣泄室能为情绪不稳定、有暴力倾向等来访者提供一个在安全的可控制空间,借助器具通过击打,呐喊、注意力转移的方法,宣泄负面情绪和压力,体验宣泄带来的舒畅感觉,从而实现身心放松,提高心理健康水平。
(来源:文章屋网 )
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主动倾诉 对大多数人来说,主动向可信赖的亲朋好友、同事倾诉,是宣泄消极情绪、治疗心理创伤的有效办法。因为朋友的言语有时会使你多日的症结一下解开,收到茅塞顿开的功效。即使你不愿把自己的伤痛全部向亲友诉说,你也可以从朋友的友情中得到安慰。
参加活动 参加自己平时喜欢的各项活动,如绘画、写日记、练书法、种花、旅游、吹拉弹唱、做家务、打球、跳舞等,通过这些活动,投入到大自然和火热的生活中,转移注意力,可减轻心中的压力,消除烦恼。特别是劳动和体育运动,出一身大汗,排出身体中的大量废物,会使你感到特别轻松。
第一招:以情治情
张子和是金元时期的著名医家,他善用攻法治病,被后世称为“攻下派”。其实,他还是心理疗法的一代大师。《儒门事亲》中有这样的记载:有一女子因生气导致疾病缠身,找到张子和求治,张子和建议用痛哭的方法,让其通过痛哭流涕达到治疗身体疾病的目的。这名女子采用这个办法治疗一段时间后,身体得以康复。《儒门事亲》中是这样理解的:怒为肝志,暴怒则气血逆乱、神迷惑而不治;悲则气消,气血得以消散下行。
这是比较典型的“以情治情”的疗法,通过痛哭使怒火淤积的纠结情绪得以宣泄。现代医学研究还发现,情感变化流出的眼泪含有两种神经传导物质,这两种传导物质随眼泪排出体外后,可缓解其紧张情绪,减轻痛苦和消除忧虑。
第二招:宣泄法
宣泄法也是不错的怒火疏导方法。人的一生中至少要有一位以上的知心好友,当自己怒火中烧的时候,水龙头往往掌握在好友的手中。怒气冲天的表述遇到好友的理解以及客观的意见,不同的声音在我们的内心开了另一扇窗,会化解掉冲天的怒气,不良的情绪也会得以宣泄,此种宣泄法可以理解为语言宣泄法。
此外,宣泄法还包括非语言宣泄法,如击打橡胶人、撕纸等等。世界五百强企业中的员工宣泄室,许多都采用橡胶人、撕纸的方法,通过上述方法的运用,化解员工在日常工作中积压下来的怒气、怨气,把所有的不良情绪通过击打和用力的撕扯,化作汗水排出体外。
第三招:移情法
怒火中烧的爆发往往发生在一瞬间,可能就是几秒钟的时间,有效地转移注意力,过段时间想法或许就不同了,怒气也就烟消云散了。
移情法包括兴趣移情法,如琴棋书画移情法;运动移情法,即打球、散步、打太极拳等等。
第四招:旅行
记得有一位名家是这样说的:化解怒火和抬高眼界最好的方法就是旅行!旅行会开阔我们的视野,视野的开阔获得内心边界的增大,原来在意的事情变得微不足道,怒火也就被消弭为无形。