Experimental and numerical investigations of fluid flow in a hydrocyclone without an air core

CIM Journal, Vol. 8, No. 1, 2017

E. Kucukal and J. R. Kadambi
Case Western Reserve University, Cleveland, Ohio, USA

J. Furlan and R. Visintainer
GIW Industries, Grovetown, Georgia, USA

Hydrocyclones are used in various industrial applications, including mineral processing and tailings management, to separate or classify solid particles and/or liquid droplets from multiphase feed. The fluid flow in a hydrocyclone (used in mineral processing) was investigated numerically and experimentally using particle-image velocimetry (PIV) and refractive index matching techniques. Two turbulence models were used in the calculations: the k–ω model and the Reynolds stress model. Particle image velocimetry measurements were taken at various spatial locations along the cyclone. Computational results were validated globally using pressure and flow-rate readings at the boundaries, and locally by comparing the PIV velocity-vector maps and profiles.

On utilise les hydrocyclones dans diverses applications industrielles, dont la minéralurgie et la gestion des résidus, pour séparer les particules solides et/ou les gouttelettes liquides de l’alimentation polyphasée, ou pour les classifier. Une étude numérique et expérimentale sur l’écoulement des fluides dans un hydrocyclone (dont on se sert en minéralurgie) a été menée à l’aide des techniques de vélocimétrie par images de particules (PIV, de l’anglais particle image velocimetry) et d’appariement des indices de réfraction. Deux modèles de turbulence ont été utilisés dans ces calculs, à savoir le modèle de turbulence k–ω et le modèle aux tensions de Reynolds (RSM, de l’anglais Reynolds stress model). La valeur de la PIV a été mesurée à diverses positions spatiales le long du cyclone. Les résultats de ces calculs ont été validés globalement à l’aide de relevés des pressions et du coefficient d’écoulement d’une extrémité à l’autre de l’hydrocyclone, et localement à des coordonnées spatiales spécifiques en comparant les cartes et les profils du vecteur vitesse PIV.