TBS干扰床分选机分选过程数值模拟

采用计算流体力学(CFD)和离散元素法(DEM)耦合技术对干扰床分选机(TBS)的分选过程进行数值模拟,研究TBS内部流场和颗粒运动特性及分选效果。研究结果表明:沿轴向运动的水流是TBS内流场的主要运动形式,随着高度的增加,在数值上水流的轴向速度和径向速度的差值逐渐增大,水流最终发展为趋于稳定的均匀流;分选桶中会产生涡环和短路流,随着上升水流速度的增加,产生涡环的位置逐渐升高,短路流流量也会随之增大。不同尺度的颗粒在TBS分选时的运动特性不同。颗粒密度相同时,从溢流口排出的颗粒,粒度越大,运动轨迹越长,停留时间越长;排矿口排出的颗粒,粒度越小,停留时间越长。结构参数影响TBS的分选效果,排矿口直径为150mm和200mm时,E_p值分别为0.110和0.107,分选效果较好。TBS分布板的开孔率为14%～16%时,分配率曲线接近重合,E_p值为0.107和0.109,分选效果最好。     

基于CFD立式离心分选机的内部流场数值模拟分析

针对离心选矿机内部流场分布、颗粒无规则运动等问题,构建矿机内部三维流场域模型,并结合有限元理论借助CFD对分选腔内物料的分布规律进行数值模拟研究。结果表明:分选区间存在一种水力特征流态效应对细粒分选具有强化作用;通过模拟富集槽内轻重颗粒运动规律得出影响分选效率的主要因素集中体现在富集槽的截面形状不同,设计了一种双弧形壁面缩短了选矿恶化时间周期,为进一步优化立式离心分选机结构参数及查明流场特征及其规律提供相应的理论指导。     

自制逆流分选柱用于低品位黄锑矿预富集的流场模拟及试验研究

采用自制逆流分选柱对某低品位黄锑矿进行摇床分选前的预富集以提高分选效率，并采用FLUENT 16.0数值流场模拟软件仿真与实际试验相结合的方法，研究了不同操作参数下的分选状态与效果。粒度范围-0.074+0.023 mm、Sb品位0.82%的实际矿物分选试验结果表明，在给矿质量浓度30%、底流流量50 mL/min、上升水流量8 L/h时可获得精矿品位1.42%、分选效率41.46%的效果。通过数值模拟及计算得到了在不同操作条件下整个设备内部颗粒的速度分布、密度分布以及Sb相体积分数分布，结果表明，增大给矿浓度、减小底流流量、增大上升水流量会导致下沉颗粒运动速度减小、上升颗粒运动速度增加。模拟结果与理论计算结果相符。     

基于CFD的液固分选流化床数值模拟

利用RNG k-ε湍流模型、VOF(Volume of Faction)多相流模型模拟了液固分选流化床(LSFBS)内外气液两相流场。待气液两相流场稳定后,耦合离散相模型(DPM)模拟了粗煤泥颗粒在LSFBS内部的分选过程。模拟结果能很好地吻合实验结果,其中与试验结果相比所有密度级在重产物中分配率的均方根误差为2.47,预测精煤产率相对误差为2.38%。在此基础上,分析了LSFBS速度场的分布特点;研究了上升水流速度和不同脉动周期、脉动波形的上升水流对分选效果的影响;得到了分选密度和可能偏差与上升水流速度间的函数关系;发现脉动水流分选精度低于均匀上升水流,对于脉动上升水流,最佳脉动周期为1.25 s,最佳波形为矩形。     

浅槽重介分选机分选下限和重介悬浮液上升流速度关系的研究

利用ANSYS FLUENT软件对浅槽重介分选机内部的液-固多相流系统进行数值模拟,通过引入150～6 mm的颗粒,利用耦合离散相模型对颗粒在槽体内部的运动轨迹进行研究。研究表明,改变上升流速度的大小,测定颗粒在X方向、Y方向上位移大小的差异,从而得出浅槽重介分选机中悬浮液上升速度和分选下限的关系。     

流膜分选技术研究与应用进展

流膜选矿是具有一定浓度的颗粒群在极薄的流体介质层中的松散、分层过程,广泛应用于细粒矿物和煤的分选。这类设备主要包括斜槽分选机、摇床、螺旋分选机和离心重力分选机。文章论述了近年来流膜分选技术及设备的研究开发最新进展和应用前景。     

水平圆管内固液两相流的压降及流型分析

采用Churchill所推导的固液两相流压降计算模型和欧拉双流体模型计算水平圆管中不同流速、固相体积百分数条件下浆体的压降,结合Kaushal et al的实验数据,验证比较了压降计算结果;通过欧拉双流体模型数值,模拟了不同流速、固相体积百分数下水平管中固液两相流浆体的流型及速度场分布,并对内部机理进行了简要讨论。研究结果能够为管道输送固体物料提供一定的参考。     

两相流雷诺数的研究

本文以螺旋溜槽、尖缩溜槽为代表的细粒重选设备进行了两相流雷诺数的研究。采用各种测试手段对计算雷诺数相关的物理量——流速、浓度、密度、粘度、流膜厚度进行测定,然后分别计算两相流雷诺数,查明分选过程雷诺数的分布规律,揭示流膜的特性及分选机理。同时还考查了两相流流态的判定标准,表明仍可借用 R_e=300作为判别标准。     

基于撞击流调控的煤泥水混合过程强化研究

煤泥水中一般含有大量高分散性悬浮颗粒，固液分离难度大。通过调控湍流来强化流体混合和颗粒碰撞是实现固液分离的有效途径。颗粒碰撞絮凝大多发生在湍流环境中，细微颗粒的运动受湍流最小涡尺度影响较大。研究借助撞击流对湍流涡进行调控以强化两种不同密度悬浮液混合及悬浮液中细微颗粒的碰撞。利用两种不同的解算模型对混料桶中悬浮液混合状况及颗粒的分布进行了三维仿真，进入混料桶的水相被视为连续相，固体颗粒被视为连续相（悬浮液）或二次离散相（颗粒），分析了不同入料密度下不同流速比对混料桶内湍流特征参数及颗粒分布的影响。结果表明：相互垂直碰撞的射流形成的撞击流可诱导产生发卡涡、展向涡和轴向涡等湍流宏观涡。颗粒在湍流宏观涡中移动的速度顺序为：大粒度大密度>大粒度小密度>小粒度大密度>小粒度小密度。涡-涡之间、涡-主流之间的交互作用显著提高湍流动能、降低涡尺度，最终形成的最小尺度涡有利于颗粒聚集碰撞；混料桶内流场中产生的最小涡尺度主要以小于平均最小涡尺度的涡为主。上-侧入料流速比vup∶vside从1.258∶1.87增大至1.882∶1.258，最小涡尺度呈现增大趋势，与入料密度无关。当流速比相...     

煤水两相流动管内表观滑移的数值研究与分析

水煤浆表观壁面滑移的存在会使管内的流动壁面的剪切力减小(正滑移)或增加(负滑移),造成了流动阻力的减小或增加.应用Fluent软件进行了水-煤颗粒管道内两相液固流动的数值模拟,结果表明:在所模拟的低浓度(固相体积分数小于30%)液固两相流中确实存在滑移现象,且固相体积分数低于10%时,近壁面处固相速度均大于液相速度,为超前滑移,30%浓度下近壁面处固相速度出现远大于液相速度,管中心速度液相大于固相,速度出现滞后滑移.而且,固相体积分数低于10%时,单位管长的压降变化率随固相体积分数增加而变化微弱,基本接近单相流动的压降,但固相体积分数超过10%以后,单位管长的流动压降随固相体积分数增加而迅速增大,能耗迅速增长.     

宁东矿区粉煤变径脉动气流干法提质联合工艺研究

宁东矿区下属洗煤厂分选下限多控制在6mm，对含量超过30%的-6mm粉煤采用干法分选将显著增加企业效益。变径脉动气流技术适用于粉煤干法分选，文章介绍了其中试系统和工艺流程，针对宁东矿区粉煤-1mm粒级含量高且灰分高的特点，设计了分选和分级联合工艺分步脱除其中高灰组分，比较了“分选+分级”和“分级+分选”2种工艺的降灰效果，探究了不同分选风量和分级风量组合的影响。结果表明，脉动气流对6～1mm粒级降灰效果明显，恒定气流分级效率高于脉动气流|“分选+分级”联合工艺可以利用细粒级自生介质作用强化分选效果，分选风量为260m/h，分级风量在78～95m/h之间时，粉煤灰分降低幅度超过20%，精煤产率大于50%，所得精煤可用于煤化工，混粉煤仍可做动力煤使用，优化了产品结构。     

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。     

煤超微粉碎双圆盘气流粉碎机的分级系统设计

用于煤的超微粉碎的气流粉碎机能最小限度地减小杂质混入,能够较好地保持超微煤粉颗粒的粒形,具有纯度高、设备简单、可靠性高等优点。设计了一种双圆盘气流粉碎机用于煤的超微粉碎,其分级系统采用压缩气体作介质。进入分级机内的气固两相流沿内壁旋转,并由外向内运动,产生离心力场和向心力场,同时在高速旋转分级转子的作用下,使得气流产生的离心力场和向心力场迅速增加,这样进入分级机内的煤粉颗粒受到离心力和向心力的平衡作用而分级,分级后粒径为3～100μm。     

CFD–DEM study of the effect of particle density distribution on the multiphase flow and performance of dense medium cyclone

A mathematical model is developed to study the coal-medium flow in a dense medium cyclone (DMC) of 1000 mm body diameter. In the model, the motion of coal particles is obtained using the Discrete Element Method (DEM) facilitated with the concept of “parcel–particle” while the flow of medium as a liquid-magnetite mixture Computational Fluid Dynamics (CFD) based on the local averaged Navier–Stokes equations. In addition the Reynolds Stress Model (RSM) is adopted to describe the anisotropic turbulence, the Volume of Fluid (VOF) model is used to describe the air-core position and multiphase mixture model used to estimate the flow of fine magnetite particles. The simulated medium and coal flows allow estimates to be made of pressure drop, efflux stream medium densities and partition curves for coal particles of different sizes and densities. These estimates are compared favourably with industrial scale measurements of a 1000 mm DMC operating under similar conditions. On this base, the effect of particle density distribution that represents the major difference between two major coal type, i.e., coking coal and thermal coal, is studied. The results are analysed in terms of medium flow pattern, particle flow pattern, partition performance and particle–fluid, particle–wall and particle–particle interaction forces.     

基于CFD的多锥段旋流器内部流场的数值模拟

针对疏浚泥浆中固体颗粒粒度小,粒级分布范围宽的特点,提出了一种新型的多锥段旋流器结构,并采用雷诺应力(RSM)湍流模型,应用Fluent软件对旋流器内部的三维流动进行了数值模拟,得到了压力场和速度场的分布规律。实验测试结果验证了数值模拟结果的正确性,为该类型旋流器进行进一步的优化设计提供了理论依据。     

基于DPM的悬浮磁化焙烧主炉气固流动传热数值模拟

为探明悬浮磁化焙烧主炉内气相温度场分布、颗粒流动特性以及颗粒升温速率等信息,基于CFD理论,对悬浮磁化焙烧主炉内稀相气固流动以及传热进行三维数值模拟计算。文中气相计算采用欧拉方法,固相计算采用Discrete Phase Model（DPM）,并考虑气固两相之间的相互作用。结果表明,悬浮磁化焙烧主炉温度在径向呈现炉心温度高、近壁温度低的分布特征,在轴向逐渐趋于均匀。矿石颗粒进入主炉后,在气流的拖曳作用下迅速上升,1.0 s时颗粒可到达主炉顶部,1.2 s时颗粒在顶部弯管处出现逃逸现象;颗粒进入主炉后,自身温度迅速上升达到峰值。由于颗粒相和气相不断进行热量交换,在主炉上部低温区域,颗粒温度有所降低。颗粒在主炉内停留时间呈现“早出峰、长拖尾”的分布特征,其中95%以上的颗粒在1.2~3.6 s内完成逃逸。     

基于Fluent的扁平硐室采场粉尘浓度分布及运移规律研究

基于气固两相流理论及扁平型硐室采场特点,建立粉尘运移模型,运用FLUENT软件中的k-ε双方程模型和离散相模型(DPM)对采场爆破后通风20min内粉尘浓度变化,以及在不同入口风速下粉尘的运动轨迹进行了数值模拟。结果显示粉尘浓度分布受风流流场影响显著,爆破0～50s时间内粉尘受回流作用聚集在硐室左侧隅角及边壁附近,50s之后粉尘开始由主风流带出硐室,60s后开始进入循环净排阶段,在0～70s内粉尘浓度下降最快,70s以后采场内的粉尘主要是呼吸性粉尘,沉降时间较长。对粉尘运移的数值模拟显示,不同入口风速对粉尘的运移影响明显。     

气流型干式磁选机在细粒磁铁矿中的应用及机理分析

目前工业界普遍采用湿式弱磁选工艺获得合格磁铁矿精矿,然而湿式工艺盛行的同时也使得世界缺水、寒冷等地的同类型资源难以得到有效利用。相比于湿式,干式磁选具有环境友好、适应性强等特点,是解决此类资源开发利用的极佳途径。但由于细粒磁铁矿间的相互作用与磁团聚效应,干式磁选一直存在难以分散、分层、分离的技术瓶颈。针对该情况,近年来国内外科研工作者及本人所在课题组做了些许工作,基本确定了在原有设备的基础之上引入气流来实现微细粒的分散与分离的研究思路。本文主要围绕国内外正处于研发阶段的几类干式气流型磁选机进行论述,同时借助COMSOL有限元计算软件对各类设备的磁场、流场、粒子轨迹等机理性内容进行深入分析,综合比较各类设备的优缺点及适用范围,探究气流的最佳引入方式,以期对后续干式气流磁选机的研制和磁性矿物的干法分离提供一定的借鉴意义。     

空气重介质流化床中细粒煤的流化与分选特性

3~1 mm粒级细粒煤介于煤粉与传统空气重介质流化床分选所适用的粒度之间,其在空气重介质流化床中被分选的同时对自身分选与流化特性产生重要影响。利用高速动态摄影等手段详细研究了空气重介质流化床分选3~1 mm细粒煤过程中不同流化数下床层的流化特性、压降波动、煤粒分离混合规律以及流化床中不同高度处的密度分布,阐释了气泡在分选过程中的作用机理。结果表明,加入一定量细粒煤后床层密度降低,流化效果发生了一定程度的改变。随着气速的增加,煤粒在流化床中先后经历了分离与混合两种状态,流化床各高度的密度也随之改变。当流化数在1.8~2.0时煤粒达到较好的分离效果。随着气速增大煤粒受气流影响增大,不再严格按照流化床密度分离。