摘 要

本次设计主要研究了水力旋流器的选型方法以及选型工作的具体操作流程，并借助数字编程软件MATLAB进行了旋流器选型计算辅助程序的开发及校核工作。

研究结果表明：该程序能够根据实际需要满足旋流器高效精确的选型要求。

本文的特色：此设计利用GUI界面将水力旋流器的选型计算流程清晰简洁地体现给用户，计算结果简洁可靠，大大提高了水力旋流器的选型效率。

关键词：水力旋流器 选型计算 图形用户界面开发

Abstract

This design mainly studies the selection method of hydrocyclone and the calculation process of specific selection work, and develops and checks the auxiliary program of hydrocyclone selection calculation with the help of the digital programming software MATLAB.

The results show that the program can meet the production requirements of hydrocyclone selection with high efficiency and accuracy according to the actual needs.

Features of this paper: the GUI interface is used to show the calculation process of hydrocyclone selection clearly and succinctly to the user. The calculation results are reliable and concise, which greatly improves the calculation efficiency of hydrocyclone selection.

Key words: hydrocyclone selection calculation GUI development

目录

第1章 绪论 1

1.1 选题背景及研究意义 1

1.2 国内外研究现状 1

第二章 水力旋流器的选型方法 3

2.1 水力旋流器基本描述 3

2.2 选型理论研究 4

2.3 旋流器选型主要相关计算 4

2.4 水力旋流器选型工作的具体步骤 6

第三章 基于MATLAB的水力旋流器选型辅助程序GUI设计 15

3.1 开发工具概述 15

3.2 设计流程概述 15

3.3 水力旋流器应用实例 23

第四章 结论与展望 30

参考文献 31

附录 33

第1章 绪论

1.1 选题背景及研究意义

水力旋流器又名旋液分离器^[1]，最早于20世纪30年代末在荷兰出现。它是一种可用于分离非均匀混和物的分级（分离）设备，能够独立完成澄清混合液体、洗涤固体颗粒、液相除气除砂、颗粒分级分类以及分离两种或两种以上非互溶液体等多种基础的作业工序。水力旋流器不仅结构较为简单、没有运动部件，还具有处理物量大、占地面积小、设备成本低等显著优点。按其用途分类，水力旋流器可分为分级型、分离型、浓缩型、洗涤型、澄清型、脱泥型和除气型^[2-7]等。正是由于具有以上提到的诸多优点，迄今为止，水力旋流器已在化工、轻工、石油、采矿、冶金、机械、食品、医药、染料、建材及煤炭等众多重要工业部门得到相当广泛的应用。

然而，水力旋流器的分离性能指标受其结构参数、操作参数以及各参数间交互作用的复杂影响，难以用某一特定模型高度概括描述。因此，在现阶段实际选型过程中，操作者必须要基于大量现场实验，根据所期望的分离粒度、底流质量浓度等关键要素来选择旋流器的型号、规格及使用数量，以此来满足各大工业部门的生产加工需要。当今科技时代，全球经济高速运转，生产制造业不断壮大，急需实现有限资源在全球范围内的有效配置，这对工业生产效率无疑提出了更加严格的要求，故而如何快速高效地完成水力旋流器的选型计算工作，成为了设计者和生产人员高度关心的问题。

本文通过一系列水力旋流器的相关试验，借以分析水力旋流器的结构参数、操作参数与分离性能及选型要素之间的关系，并以选矿工艺中常用的磨矿分级为例，建立能够指导日后选型工作的选型计算辅助程序，为现代水力旋流器选型工作探索新的方法，以避免水力旋流器在选型过程中的盲目性，同时节约资金，真正实现“快速选型”、“高效选型”、“经济选型”、“合理选型”。

1.2 国内外研究现状

近代以来，国内外众多学者都对水力旋流器做了相关研究。在国内，王光风^[8]推导出水力旋流器内部的分离模型，马力强^[9]对水力旋流器溢流出口管的三维速度场进行了分析研究，王元文^[10]通过对溢流段结构的研究发现溢流口直径对其增稠性能有重要影响。梁政^[11]着重研究了水力旋流器的结构参数n，庞学诗^[12-13]率先编制了水力旋流器选型计算程序，并通过工厂生产实例验证了该程序的适应性和可靠性。这是水力旋流器选型计算工具开发的首个理论成果，但这一成果仅停留在理论阶段，并未真正开发出相应的计算辅助工具并投入实际生产。

在国外，M. G. Driessen^[14]提出了平衡轨道理论，Rietema^[15]率先提出滞留时间理论。Arterburn、Mular、Jull以及Plitt L R等人对水力旋流器的经验数学模型做了进一步发展，特别是澳大利亚的Lynch A J和Rao利用大量水力旋流器的工作资料，总结出一套计算水力旋流器指标的经验模型。S.Amini^[16]通过数值模拟建立了油水分离水力旋流器的流场分布模型,并取得了良好的效果。

第二章 水力旋流器的选型方法

2.1 水力旋流器基本描述

水力旋流器主要由切向入口、直筒段、锥段、底流口和溢流口五部分组成。水力旋流器工作时，物料首先经过旋流器的直筒段，接着进入锥段，物料在锥段通过高速旋转获得极大的加速度使得段内物料中不同密度的组分发生分离。随着锥段内径和和截面积的减小，物料中较轻的组分保持原来的转动方向，形成内旋流，最终由顶部的溢流口排出；相对地，较重的外侧液体则会继续向底流口方向运动，最终从底流口排出，其运动的整个过程形成外旋流。

图1 水力旋流器结构组成及分选原理

与水力旋流器有关的参数很多，大致可分为结构、操作和给料性质三个方面，且往往相互关联，相互制约。主要参数总结如下：

(1)圆柱形筒体直径。该直径是旋流器的主要规格尺寸，与其他各部件尺寸都有一定关系。此直径增大，可提高处理能力，但溢流粒度变粗，反之亦然。为了进行微细粒物料分级并增大处理量，通常采用由许多小型旋流器并联成组的做法。