无压给料三产品重介质旋流器流场的数值模拟

采用Fluent软件,选取SKE/DRSM湍流模型,对1000/700无压给料三产品重介质旋流器的流场进行了数值模拟.通过对无压给料三产品重介质旋流器流场的三维速度、压强、密度和空气柱的数值模拟研究,对无压给料三产品重介质旋流器内的流场有了更深入和细致的了解,得到了几点有意义的结论.数值模拟研究结果表明,Kesall导出的旋流器内液流径向速度分布至少对于DWP和DSM结构的旋流器是不适合的.     

DWP重介质旋流器流场的数值模拟

选用雷诺应力湍流计算模型（RSM），对两种直径为1 300 mm的DWP型重介质旋流器的流场进行了数值模拟，并对结构参数和能耗进行了研究.对流场三维速度、压强、密度和空气柱的数值模拟研究表明，在旋流器内存在短路流现象；双入介DWP旋流器分选效果优于单入介DWP旋流器，处理能力高于单入介DWP旋流器，能耗比单入介DWP旋流器减少33%.     

重介质旋流器分选过程的离散分析与数值模拟

重介质旋流器广泛应用于煤炭分选,分选过程十分复杂,试验测试研究重介质旋流器内部流场和颗粒运动特性费时费力,成本较高。随着数值计算技术的发展,国内外学者应用数值模拟方法研究旋流器内部的多相流流场。采用计算流体力学(CFD)与离散分析方法(DEM)耦合技术对重介质旋流器的分选过程进行数值模拟研究,为重介质旋流器的结构参数和操作参数的优化提供了一种新途径。用Fluent软件研究了旋流器内部悬浮液速度场、密度场、压力梯度场和黏度场,用EDEM软件研究了旋流分选过程中的煤粒运动行为及分选效果的评价。研究结果表明:悬浮液压力分布和压力梯度分布径向基本对称,溢流口和底流口处压力值最低。器壁沿径向形成了压力梯度,差值逐渐增大,空气柱边界处压力梯度最大;不同尺度的煤粒在旋流器内部的停留时间不同,相同密度的煤粒,粒度越小,停留时间越长。溢流中排出煤粒在旋流器中的停留时间明显长于从底流口排出的煤粒。溢流口排出的煤粒,密度越大,停留时间越长,底流口排出的煤粒,密度越大,停留时间越短。不同的旋流器结构参数对分选的影响程度不尽相同,其中溢流管直径的影响最为显著,溢流管直径超过500 mm时,不能形成完整的空气柱,无法分选。溢流管直径为300 mm时,分选效果较好;溢流管插入深度显著影响分选精度,插入深度为160 mm时,分选密度增大,细小高密度的煤颗粒将错配进入溢流,溢流管插入深度为320～800 mm时,分选密度接近悬浮液密度,分选指标E_p=0. 084～0. 100,分选效果较好。底流口直径对旋流器选精度影响较大,当底流口直径为272和306 mm时,分选密度与悬浮液密度接近,E_p值小于0.1,分选效果较好。圆柱段长度对于分选密度影响不明显。     

重介质旋流器结构和工艺参数对空气柱的影响研究

重介质旋流器是一种使用广泛的高效选煤设备,旋流器内部空气柱的大小对旋流器分选效率及能耗影响显著。利用FLUENT研究了重介质旋流器的结构和工艺参数对空气柱的影响。结果表明,在入料速度超过临界速度后,旋流器内部形成完整的空气柱,其大小与入料速度没有关系;空气柱直径在溢流口附近最大,在溢流管插入位置最小;重介质悬浮液的黏度越大,空气柱越小,能耗越小;溢流管插入深度越大,空气柱越大,能量耗散越大。     

无压三产品重介质旋流器一段结构参数对空气柱的影响

为了研究无压三产品重介质旋流器内空气柱的形态和变化规律,利用计算流体力学软件Fluent,采用非稳态的雷诺应力模型一段旋流器结构参数和操作参数对空气柱的影响,进而分析对能耗和分选的影响。结果显示旋流器内部空气柱在21.67s时基本成型,二段旋流器先于一段旋流器形成空气柱;入料速度小于4m/s旋流器内部无法形成空气柱,超过临界速度后旋流器内部可以形成完整稳定的空气柱,过大的入料速度会使得一段旋流器内空气柱体积百分数减少,二段旋流器内空气柱体积百分数增加,一段旋流器内空气柱不贯通;一段旋流器溢流管直径为380mm,溢流管插入深度在410~610mm范围,旋流器内空气柱体积分数较低,空气柱摆动较小稳定性强。     

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。      

结构参数对双溢流旋流器内空气柱性能的影响

传统旋流器一次分级只能得到溢流和底流两种产品,造成产品粒级范围太过宽泛,达不到精细分级的要求。本文提出了一种具有双溢流管结构的多产品旋流器,建立了流场模型,利用流体力学多相流理论,对旋流器内部流场进行了数值模拟,得到了内外双溢流流场分布特点,获取了流场和空气柱的形成、发展演化过程。对底流口、溢流口结构参数对旋流器内空气柱性能的影响进行了仿真分析,结果表明:旋流器内空气柱直径随着底流口和溢流口直径的增大而增大,当内溢流管直径小于底流口直径时,空气柱较为紊乱。研究结果对分析空气柱影响涡旋运动及优化旋流器结构参数奠定了理论基础。     

先排矸三产品重介质旋流器流场的数值模拟

使用3种湍流模型对先排矸三产品重介质旋流器的流场进行了数值模拟和实验研究.采用RSM模型进行的流场数值模拟结果表明，在旋流器密度场中，一段旋流器流场中存在着完整的空气柱，二段空气柱是气水混合中心低密度区；在旋流器压力场中，以轴线为中心存在着负压区，沿径向负压逐渐升高至0，然后达到正压力；在旋流器速度场中，轴向速度沿轴线向下形成内旋流，沿半径加大到0，形成了零速包络面，一段的切向速度和DWP旋流器相近，二段的切向速度比DWP旋流器更高.     

新型两产品旋流器流场模拟及试验研究

传统的重介质旋流器工作时,内部存在一个不断摆动的空气柱,影响分选精度并消耗大量能量,从根本上限制了旋流器技术向低能耗、高效化发展。利用Fluent软件对一种新型两产品重介质旋流器的压力场、密度场、三维速度场和流体运动轨迹进行了数值模拟,从理论上分析该新型重介质旋流器实现矿物分选的可能性。结果表明:由CFD软件给出的流体流动的细节,如压力场、速度场、密度分布等特性均符合流场分布规律,后续的试验也证明了该新型重介质旋流器可以实现矿物的有效分选,且弱化了空气柱带来的不利影响,降低了能耗。     

基于数值模拟的旋流器圆锥角对分选效果的影响研究与应用

采用计算流体力学技术,结合重介质旋流器分选机理,对不同圆锥角结构参数条件下的重介质旋流器内部流场进行了仿真模拟研究,得出圆锥角对旋流器内速度场和压力场的影响规律:随着圆锥角度的增大,零轴速包络面的大小相应改变,增加了旋流器有效分选区域,旋流器内轴向速度与压强增大,分选密度提高,可有效控制矸石带煤情况。     

基于PIV浮选柱旋流场的测试与模拟

为深入探讨旋流段的流场分布及旋流分离的作用机理,以粒子图像测速系统(PIV)为基础构建了浮选柱旋流段的流场测试平台,利用PIV测试平台和Fluent数值模拟软件对旋流段内部的速度场进行了测试与数值模拟,研究了旋流段的速度分布规律以及循环量变化对速度分布规律的影响。结果表明,流场速度以切向速度为主,且有着明显的分布规律,径向速度比较小且分布比较复杂,轴向速度相对径向速度较大,速度分布呈对称分布;随着循环量的提高,轴向速度的零点向中心靠拢,而最大值出现在相近的半径位置。数值模拟结果和实验结论吻合度较高。     

弧形溢流管对旋流器分离性能的影响

针对目前运行的旋流器存在短路流导致溢流跑粗的问题,提出了一种弧形溢流管旋流器,并进行了数值模拟和试验研究。模拟结果表明,利用溢流管的弧形结构将溢流口底端的过渡区域外移,实现过渡区域流体切线速度的提升,从而增加离心强度,将短路流引导至外旋流重新参与分离,达到抑制溢流跑粗的效果。试验结果表明,相同排口比下,弧形溢流管旋流器溢流-25 μm粒级含量和综合分级效率均高于直线形溢流管旋流器;试验用弧形溢流管旋流器在排口比为0.33时抑制旋流器溢流跑粗的效果最好,对应的溢流浓度为4.72%,溢流-25 μm粒级含量为98.37%,-25 μm计的综合分级效率为78.92%,高于直线形溢流管旋流器对应情况下的4.25%、96.86%和73.51%。     

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。     

CFD模拟旋风分离器自然旋风长

利用计算流体力学软件Flowizard对不同结构尺寸的旋风分离器气相流场进行数值模拟采用分离器锥体段中心湍动能峰值定位自然旋风长的方法，分析了入口面积、芯管下口直径、下溢口直径和锥体段长度对自然旋风长的影响。拓展了分离器内部流场由多个自然转折旋风串联的概念。通过增加锥体段长度和入口风速来实现旋风串联、多级分离的效果，延长自然旋风长，有益于提高分离效率。     

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。