平底结构对水力旋流器流场特性及分离性能影响

基于数值模拟对比了渐缩平底旋流器与复合锥角旋流器流场特性以探究平底结构对水力旋流器流场的影响。数值试验结果表明：两种水力旋流器压强分布和切向速度分布基本一致,而空气柱附近压强梯度存在差异;渐缩平底旋流器溢流管下方湍流强度较低而底流口附近则相反;渐缩平底旋流器柱-锥交界面的空气柱附近轴向速度较高,导致其分流比较低。实验室旋流分离试验表明：平底结构能有有效抑制溢流跑粗和底流夹细现象,显著提高分级效率,改善水力旋流器分离性能。     

Flow conditions in the air core of the hydrocyclone

The geometry and movement of the air core are sensitive indicators of the operational state of hydrocyclones. Therefore, an increased knowledge of the air core behaviour is desirable.Measurements of the air-core diameter in transparent hydrocyclones operated with a suspension of glass spheres are presented. The experiments indicate the dependencies between feed-solids content, air-core diameter, and spray angle of the underflow.Additionally, the air flow inside the air core in a transparent 50 mm water cyclone was experimentally investigated. Visualization techniques show the whirling motion of the air-core flow that is driven by the rotating liquid boundary of the air core. The radial distribution of the tangential air velocity was determined. The mean axial air velocity was shown to be dependent on the pressure drop and the hydrocyclone geometry. At the overflow discharge the air core is dispersed, and forms an aero suspension.Thus, the paper presents new aspects of the complex multi-phase flow in the hydrocyclone considering the gaseous phase.     

基于高速摄像技术的旋流器空气柱特征研究

利用高速摄像技术研究了不同锥角和进口流量下旋流器内空气柱的结构特征。结果表明,旋流器内空气柱的形状、弯扭程度因旋流器锥角和进口流量不同而不同,不能单纯用柱状、麻花状、正弦曲线状等来描述。因此,为减少空气柱对旋流器分离效率的影响,旋流器应采用合适的锥角及与之相匹配的最佳进口流量。     

旋流器中最佳操作参数的研究

通过对液滴在旋流场中所受剪切应力的分析,并综合操作参数与旋流器结构尺寸及进料物性的关系,推导出最佳进料平均速度和最佳进料流量的计算公式。采用水与煤油的混合物作为进料进行试验,将理论计算值与试验结果进行比较,证明了计算公式的可靠性和准确性。     

Air core formation in the hydrocyclone

Air core formation has been investigated in hydrocyclones operated with clear water and a lucid suspension of glass balls. Hydrocyclones form a central air core which extends over the complete hydrocyclone length. Air is sucked in the core at the underflow discharge. The air core diameter can be determined balancing the positive pressure gradient and the centrifugal force in the rotational flow field. In dense flow separation (high feed solids content) the air core in the conical part of the hydrocyclone is suppressed. The hydrocyclone operates as it is air sealed because the solids are discharged trough the underflow as a rope. Then, air can be introduced to the hydrocyclone only on the feed side. In practice, feed suspension always contains more or less dissolved or dispersed air. Observations in a transparent hydrocyclone show that dissolved gas is released due to the pressure drop inside the hydrocyclone. The generated micro bubbles grow by coalescence and move in the centrifugal field toward the centre, where an air core is formed.     

三产品重介旋流器分选锰矿石模拟与试验研究

针对-8 mm+1 mm锰矿石分选工艺及设备不尽完善导致的分选困难等问题，提出了三产品重介旋流器分选回收精矿工艺。采用计算流体动力学软件对三产品重介旋流器内部流场及分离性能进行了数值模拟和 试验研究。模拟结果表明：在一定的入口速度区间内，三产品重介旋流器的流场比较稳定，切向速度和轴向速度均随着入口速度的增大而增大，所以适当增大入口速度，有利于锰矿石的分选。通过预测重介质悬浮液 密度场分布，获取了旋流场流动特征，为流场结构优化提供了理论依据。分选试验结果表明：采用无压给料重介质三产品旋流选矿工艺可以实现精矿与脉石的有效分选，分选效率显著提高。二段旋流器悬浮液密度为 2.6 g/cm3、压力为0.08 MPa时，精矿产率为36.00%。Mn在原矿中的品位为28.25%，分选后所得精矿中Mn品位达44.58%，回收率高达56.81%。本工艺较好地实现了难分选锰矿石的有效回收。 关键词 锰矿分选|三产品重介旋流器|数值模拟     

水力旋流器内部流场及分选过程的研究进展

论述了水力旋流器内部流场特性研究的发展历程及研究现状。详细介绍了数值试验方法在旋流器模型建立、内部流场特性描述、颗粒在其流场中的分离过程以及旋流器结构参数优化设计等方面的应用。在此基础上,提出了今后的研究方向与重点,即对于轴向零速包络面（LZVV）及空气柱的特性仍需进一步研究;在高浓度矿浆中,颗粒形状及颗粒与颗粒、颗粒与流体、颗粒与器壁之间相互作用对分离效率的影响仍是下一个时期的研究重点。     

溢流管直径对旋流器流场和分离影响研究

利用RSM雷诺应力模型和VOF多相流模型,系统考察了溢流管直径对Φ50 mm水力旋流器流场稳定性的影响。通过对空气柱、零速包络面、短路流及湍流强度等流场特性的分析,确定了使流场稳定的最佳溢流管直径范围,并通过旋流分离物理试验进一步验证了该溢流管直径条件下获得的稳定流场能有效提高分离效率。研究结果表明,当溢流管直径过小时,空气柱会发生中断甚至不能完整形成,分选空间内部湍流强度较高,底流分流比较大,短路流量较小。随着溢流管直径的增加,逐渐形成上下贯通的空气柱,分选空间内部湍流强度降低,零速包络面的对称性增强,底流分流比逐渐降低,流场稳定性增强,从而分离性能增强。随着溢流管直径进一步增加,空气柱直径增大,短路流量增加,流场稳定性降低,从而分离效率下降。因此,针对所考察的Φ50 mm水力旋流器最佳的溢流管直径在0.30 D左右。      

固体轻分散相旋流分离的研究

通过试验研究了固体轻分散相和液体介质旋流分离的操作性能和分离性能,结果表明:固体轻分散分离用旋流器的压力降随入口流量增加而变大;溢流分率随压降比的增大而增大;分离效率随底流管长度的增加基本不变;分离效率随入口流量的增加而增大,并趋近某个<100%的值;分离效率随着分流比的变大先变大,到达一个最大值之后又变小。     

煤矿乏风瓦斯流入特性对填充床内置换热器取热的影响

在实验验证数学模型有效基础上,研究了气体流入特性对煤矿乏风氧化床内置换热器取热的影响,结果表明:填充床内置换热器取热率随床层入口气体质量流速均匀性指数的下降而减小,蜂窝陶瓷的存在导致气体流动单向导通、增大床层物理流速及辐射面积,使床层入口气体质量流速均匀性指数减幅相同时填充床内置换热器取热率减小幅度要比空床换热器大;床层入口气体平均质量流速不变时,内置热器取热率随床层入口气体温度均匀性变差而减小,温度分布不均同时引起流速分布不均,温度分布不均引起的取热率下降幅度要明显大于相同平均质量流速、温度下床层入口气体流速不均引起的取热率下降幅度;对于立式氧化床,各部分气体由于温度不同导致的浮力大小不同以及气体所受浮力由于进风方式不同导致的对流动影响差异,换热器取热率也随之发生变化,随着床层入口气体平均温度逐步升高,进风方式对取热率影响越来越明显。     

通风管道风机入口段的三维流动数值模拟及优化

通风管道风机入口段空气流速较大,流动情况较复杂。对通风机入口管段进行数值模拟,掌握空气流动情况。在此基础上对几种优化流动措施进行数值模拟,对比分析结果表明气流转向处设置导流板的措施为最优,有利于减小气流在风管内扰动,降低流动阻力。     

锥角对水力旋流器流场及分离性能影响的数值试验研究

为了考察锥角对水力旋流器内部流场和分离性能的影响，针对实验室[?]50 mm水力旋流器，采用Fluent软件中RSM湍流模型、VOF和Mixture多相流模型进行了系统的数值试验研究。流场模拟结果表明，在相同操作条件下，增大锥角，空气柱直径增大，湍流强度增加，压强和压强梯度均明显增加，从而导致整体能耗增加；切向速度随锥角增大明显升高，轴向速度变化不大，但LZVV逐渐向器壁移动，分流比逐渐降低。颗粒分离模拟结果表明，增大锥角会导致分离粒度增加，各粒级分离效率降低；小锥角容易造成“底流夹细”现象，大锥角容易引起“溢流跑粗”现象。研究结果为水力旋流器锥体的结构选择和设计提供了参考。     

旋流器内部流场的数值模拟方法研究

旋流器以其操作简单,运行成本低,物理尺寸小等优点广泛应用于化工分离行业。其内部流场情况对其分离精度及分离效率起着关键作用,准确模拟该流场具有重要意义。流场变量梯度高、旋流特征强,尤其中心空气柱的存在增加了其数值模拟的不确定性。借助CFD(Computational Fluid Dynamics)软件,对75 mm经典旋流器系统地进行了气-液两相流非稳态数值模拟,研究了湍流模型,压力-速度耦合方式以及离散格式对旋流器内部流场计算结果的影响,并将其空气柱直径、切向速度以及轴向速度进行对比。结果表明:RSM(Reynolds Stress Model)湍流模型可以较为准确地预测旋流器流场,仅在空气柱附近区域预测的速度值偏低。RNG k-ε(RNG k-epsilon)、Realizable k-ε(Realizable k-epsilon)以及Standard k-ε(Standard k-epsilon)湍流模型预测的该流场与实际流场存在较大差异。其中,RNG k-ε模型误差较Realizable k-ε以及Standard k-ε模型稍低;QUICK与Second Order Upwind离散格式在预测旋流器内部流场时差别不大。Third-order MUSCL,Power Law以及First Order Upwind离散格式没有求解出流场中完整的空气柱;SIMPLE,PISO及Coupled三种压力-速度耦合方式对计算结果的影响不大,相比较而言SIMPLE算法为较适合计算旋流器流场的压力-速度耦合方式。Coupled较其他2种算法在溢流管段预测的空气柱直径偏大,速度偏小,部分锥段空气柱直径偏小,速度偏大。     

基于PIV的无风墙通风实验研究

粒子图像测速（PIV）是一种非接触式的流场测试技术,被广泛应用于液体或气体的流场测定。阐述了PIV技术的基本原理,对PIV技术在测量无风墙通风轴流风机附近的流场的应用进行了实验研究。实验分别测试了模型巷道进风口面积为0.04、0.03、0.02 和0.01 m2 4种情况下无风墙通风轴流风机附近的流场。实验表明：运用PIV技术测试无风墙通风的流场是合理可行的,实验能够较为精确地测试出轴流风机附近的流场;轴流风机出风口处的上方风流流场中出现了明显的涡流;随着模型巷道进风口面积的减小,轴流风机的出风口与进风口间产生了循环风流,且循环风流的风量与模型巷道的进风口面积的大小成负相关的关系。     

旋流器内空气柱形成与发展及其影响因素研究

采用数值模拟方法研究了空气柱的产生、发展过程,探讨了旋流器结构参数及操作参数对空气柱直径的影响。结果表明,空气柱形成和发展过程中,存在萎缩、消失的现象;不同时刻旋流器不同高度处空气柱的形状和大小不同;空气柱的直径随旋流器的底流管直径、溢流管的直径、锥角、进口流速、进口压力的增大而增大,随液体黏度的增大而减小。     

进气速度与质量流率对多密度颗粒分离性能的影响研究

通过建立多密度颗粒在康达效应下的分离模型,利用不同密度颗粒在康达壁附近迁移轨迹不同而实现不同颗粒间的分离.基于计算颗粒流体力学(CPFD)方法模拟混合颗粒在该模型下的流动迁移特征,反映出不同密度颗粒在不同进气速度与质量流率的分离特性.研究表明,进气速度与质量流率对不同密度颗粒在康达壁下的迁移轨迹及分布均具有重要影响,当...     

粉尘提取机砂粉分离影响规律研究

针对粉尘提取机出砂率低问题，根据气固两相流原理，建立了粉尘提取机分离模型。通过FLUENT进行数值分析，利用试验设计方法，得到了进风口风速、粉尘出口压力、溜料板角度及粉尘出口截面直径对出砂率的影响规律。分析了进风口风速与粉尘出口压力、进风口风速与粉尘出口压力、粉尘出口压力与粉尘出口截面直径之间的交互作用。试验结果表明当进风口风速为15.26m/s，粉尘出口压力为-628.39Pa，溜料板角度为90°，粉尘出口截面直径为1000mm时，出砂率最佳，为95.35%。该试验分析为粉尘提取机设计提供了理论依据。     

涡流空气分级机转笼转速和进口风速对物料分散效果和分级精度的影响

通过实验研究涡流空气分级机分级中进口风速和转笼转速对机内粉料分散的影响。结果表明,风速增加有助于机内粉料的分散,但风速的增加对机内细粉料分散的改善优于对机内粗粉料分散的改善。转笼转速增加使分级精度降低,但对机内粗粉料的分散影响较大。为了得到高精度分级,必须同时调节进口风速和转笼转速。     

Tangential velocity measurements in a conical hydrocyclone operated with a fibre suspension

The tangential velocity flow field in a conical hydrocyclone was measured using a self-cleaning pitometer. The influence of pulp fibre concentration on the tangential velocity profile was of particular interest.The measurements showed that the pulp fibres had a strong influence on the tangential velocity profile. When operating the hydrocyclone with pure water, the velocity profile showed the typical combination of free-vortex-like rotation close to the hydrocyclone wall and solid-body-like rotation in the proximity of the hydrocyclone axis. This profile changed significantly when pulp fibres were added. At a low fibre concentration (1.2 g/l), the fibres smoothened the transition between the free-vortex-like and the solid-body-like region of the velocity profile. The location of the maximum tangential velocity moved to a larger radius. At higher fibre concentration (7.5 and 11 g/l), the free-vortex-like behaviour in the outer area was virtually suppressed. Due to networking, the fibre suspension in the entire hydrocyclone behaved as a solid body.The radial acceleration profile and tangential rate-of-strain profile were determined. Based on these profiles, a hypothesis was proposed explaining the well-known observation that fractionation efficiency decreases significantly at higher fibre concentrations.