新型气泡发生器的结构设计和优化模拟研究

在浮选工艺流程中,浮选柱是其中的重要设备之一,气泡发生器正是浮选柱的重要结构组成。对于矿浆充气和气泡矿化,气泡发生器的性能将直接决定矿物分选的效果,因此气泡发生器的结构设计及优化极其重要。建立在多位学者对气泡发生器结构的研究基础之上,本文运用射流卷吸空气紊动搅拌有利于提高流体气含率的特点,并结合新结构优势,设计并模拟优化了一种新型结构气泡发生器,即"螺旋膛线型气泡发生器"。经过实验模拟,相较于原始气泡发生器,新型结构对于气泡发生器喉管段湍流强度的提高具有明显效果。     

基于CFD数值模拟的射流微泡浮选机气泡发生器的设计

为研究气泡发生器结构对其物理参数的影响，以ZWF6500型射流微泡浮选机气泡发生器为研究对象，通过CFD数值模拟，研究了气泡发生器空气入口数量、喷嘴直径、喉管直径以及喉管位置等结构参数对气含率、矿浆射入量、充气量以及充气速率等物理参数的影响。结果表明：空气入口数量、气含率无明显影响，但是在一定的入料压力下，单个进气口有一个极限的进气量；在一定的入料压力下，矿浆射入量只受喷嘴直径的影响，而且喷嘴直径越大，则矿浆射入量越大；气泡发生器喷喉比对气含率的大小至关重要，气含率随喷喉比的增大而增加，且在增加到一定程度后，气含率达到极限，不再随着喷喉比的增加而增加，甚至会出现气含率下降；喉管位置的影响主要体现在充气量，随着喉管位置的升高充气量和气含率呈现先上升后下降的趋势，即有一个最佳的喉管位置使得气含率最大。该研究为气泡发生器结构优化提供了基础数据。     

气泡发生器的改进设计及优化模拟研究

对于矿浆充气和气泡矿化,气泡发生器的性能将会影响矿物分选的效果,所以气泡发生器的结构设计及优化显得尤其重要。通过对气泡发生器结构及原理的研究,文章运用射流卷吸空气、伴随紊动搅拌有利于提高流体气含率的特征,并结合卡门涡街湍流形式,改进并模拟优化了一种气泡发生器,即"卡门涡街型气泡发生器"。经过实验模拟,相较于原始气泡发生器,改进结构对于气泡发生器喉管段湍流强度的提高具有较为明显的效果。     

常用压力式喷嘴雾化特性及降尘性能研究

压力式喷嘴是湿式除尘设备里一个重要构件。为研究喷嘴结构对其雾化特性及降尘效果的影响,基于现有的实验平台及马尔文激光粒度分析仪,选用目前井下常用的相同孔径3种喷嘴(螺旋型、旋流叶片型、切向孔型)进行了较系统的实验研究。研究发现:随着供水压力的递增,3种喷嘴的流量、射程都相继增大,而雾化角都逐渐减小;在相同供水压力下,旋流叶片型喷嘴的流量及射程都明显大于其他2种喷嘴;3种结构喷嘴都随着供水压力的增加雾滴粒径不断减小,但在相同供水压力下,旋流叶片型的分散度更均匀,总体性能上要比其他2种喷嘴有优势,更有利于接触粉尘,起到降尘效果。3种结构喷嘴都随着供水压力的增大其降尘效率都逐渐递增;在相同供水压力下,旋流叶片型喷嘴降尘性能最好。     

不同结构空化气泡发生器的试验研究

气泡发生器是射流浮选柱充气的关键设备,结合空化气泡有利于浮选的特点,自行设计了多孔板气泡发生器和改进型射流气泡发生器2种结构空化气泡发生器,同时在组建了的浮选柱试验系统内进行浮选柱清水试验。试验结果表明,2种空化气泡发生器作为浮选柱的充气装置时,均可使浮选柱内产生细小、密集、分布均匀的气泡,同时对比2种结构空化气泡发生器对浮选柱的充气性能发现,改进型射流气泡发生器要优于多孔板气泡发生器。     

旋流—静态微泡柱分选方法及应用(之三) 射流微泡与管流矿化的研究

旋流—静态微泡柱分离方法采用射流充气方式,形成射流微泡。通过在气泡发生器后加一个矿化管段,形成了管流矿化。气泡发生器与矿化管段共同构成了旋流—静态微泡柱分离方法的管浮选装置。在完成充气的同时,管浮选装置主要用于矿化经过柱分离与旋流分离形成的循环中矿。1　射流充气原理与过程(图1)采用射流原理的气泡发生器结构包括:喷嘴、吸气室、喉管、喉管进口段、扩散管五部分。旋流—静态微泡柱分离方法采用循环矿浆(或入料原矿)作为射流工作介质,经过加压(压力在0.2MPa左右)的工作介质由喷嘴喷出后形成高速射流,其射流运动分成三部分:…     

微泡浮选射流气泡发生器的研究

气泡发生器是微泡浮选的关键。分析研究了气泡发生器的结构、尺寸、形状要求,以及影响气泡发生器性能的主要结构尺寸。开发设计了气泡发生器的虚拟样机,并进行了数值模拟仿真分析。在此基础上,设计制作了物理样机,并进行了实验分析。通过数值仿真和物理实验分析,验证了一些设计理论。结果表明,该气泡发生器具有较好的性能,为气泡发生器的开发设计提出了新的方法。     

基于数值模拟的气泡发生器结构优化研究

气泡发生器作为离心浮选机的核心部件,其结构参数直接影响充气性能。运用CFD软件STAR CCM+对气泡发生器不同面积比的流场规律进行了两相流数值模拟,得到了速度场、压力以及吸气量等参数。模拟结果表明,在其他参数不变的情况下,吸气量随面积比增大呈降低趋势,面积比大于3.57后吸气量变化明显;扩散管出口速度随面积比的增大而先增大后减小,在面积比3.57处出现峰值;喉管处负压值随面积比增大呈减小趋势。根据数值模拟的结果,得出喉管与喷嘴的最佳面积比为3.57,为气泡发生器的结构优化提供了依据。     

基于CFD的纵向旋流喷嘴参数优化

为解决矿用旋流喷嘴耗水量大、雾化效果差的问题,提出影响喷雾效果的相关参数:旋流芯螺旋角度、喷嘴收缩段与旋流段长度比;运用CFD流体力学和VOF多相流理论对喷嘴内部流场进行数值模拟分析。仿真结果表明:旋流芯螺旋角对喷嘴出口速度和湍流动能影响较大,根据需要适当增大螺旋角有利于提高雾化效果,进口压力相同时螺旋角为40°的喷嘴出口速度增幅最明显;合理选择收缩段与旋流段长度比可有效提高喷嘴雾化能力,两者长度相等时出口水平中心速度峰值位于轴心,水流出射均匀、喷雾效果较好。     

喷嘴结构对流动特性影响的试验研究

为了提高喷嘴的雾化效果,对3种螺旋喷嘴进行了实验,建立了由泥浆泵、管路、流量计、阀门、压力表组成的试验装置,研究了喷嘴的结构尺寸对流动特性的影响。实验结果表明,当喷嘴出口结构相同时,通过减小喷嘴出口过流面积,可以降低喷嘴流量。     

KYZ-B浮选柱发泡器喷嘴流体动力学数值模拟

从设计角度出发.将计算流体力学(CFD)数值模拟软件CFX应用于KYZ-B型浮选柱发泡器喷嘴流体动力学的研究.对喷嘴内气体流动状态进行了数值模拟.通过分析计算结果中流体流动速度场特征,预测出喷嘴内气体超声速流动比低速流动更有利于提高发泡器的充气性能。     

圆管螺旋流形成原理及导叶式局部起旋器的设计

分析了物料浆体管道输送圆管螺旋流的形成机理,探讨了圆管螺旋流的生成方式及导叶式起旋器的结构设计,并推导出导叶式局部起旋器起旋强度的计算公式。     

基于CFD的反循环钻头内喷孔直径参数研究

孔底流场是反循环钻井取样的关键流场,主要由内喷孔、底喷孔和中心通道形成。为提高反循环取样能力,增强反循环效果,对交汇型和螺旋型内喷孔直径参数开展研究。借助计算流体动力学软件CFD,模拟内喷孔产生的压力场和速度场,引入内喷孔抽吸系数比较进口和出口的质量流量,探讨内喷孔直径变化对增强反循环效果的影响。研究结果表明：交汇型内喷孔产生的流场受直径参数影响较大,螺旋型内喷孔产生的流场受直径参数影响较小;相同直径条件下交汇型内喷孔压力变化范围高于螺旋型内喷孔压力变化范围;随直径增大,交汇型和螺旋型内喷孔抽吸能力均升高,但是交汇型内喷孔抽吸能力随直径变化幅度更大。     

喷射式浮选机射流搅拌装置流场分析及结构优化

以喷射式浮选机射流搅拌装置结构优化为目的,选用合理的CFD数值模拟计算方案,综合考查引射性能和流场特性两个指标,对面积比、喉嘴距、喉管长度、引射管布置方式和位置进行优化计算;设计了长喉管、短喉管、导流叶片喷嘴和无导流叶片喷嘴共4组不同结构参数的射流搅拌装置试验,考查并验证了喉管长度和喷嘴内导流叶片对引射能力的影响;采用激光粒子测速仪测试了喷嘴内导流叶片对射流流束形态演变的影响。结果表明:面积比a=1.96～3.24,喉嘴距L_e=0.2D_h～0.6D_h(D_h为喉管直径)、引射管采用双侧对称布置、喷嘴内设置导流叶片及喉管长度在6D_z～12D_z(D_z为喷嘴直径),射流装置的混合效率最理想,引射管布置位置对混合效率影响较小;喷射室压力在0.145～0.160 MPa时,喷嘴内设置导流叶片,长、短喉管吸气能力平均至少提高30.73%和33.94%,引射管全开时长喉管较短喉管的吸气能力高出15%以上。结构参数对流场的影响表现在,面积比增大及引射管靠近喷嘴出口布置,喉管内射流流束的中心速度衰减越快,喉嘴距变化对中心速度的衰减影响较小;喉管长度≤6D_z时,流束中心的流核一直持续到喉管出口,引射流体和工作流体在喉管内动、质量交换不完全;喷嘴内设置导流叶片,有利于流束中心的流核区减小,原因是流束以旋转射流的形式从喷嘴喷出,形成了更有利于工作流体与引射流体动、质量交换的湍流流场;基于理想的引射性能和流场特性,面积比a=3.24、喉嘴距L_e=0.6D_h、引射管采用双侧对称且正对流核区域布置方式、喷嘴内设置导流叶片及喉管长度在6D_z～12D_z为射流搅拌装置的最优结构参数。     

高气泡表面积通量充气器气泡特征参数试验研究

充气器生成气泡的特征参数是影响气泡表面积通量的关键因素。利用电导探针法和拍照测径法获取了充气器产生气泡的直径、速度及其分布特征。利用CCD高速相机获取了充气器的气泡分散特征。结合浮选柱的清水试验研究,分析了充气器喷嘴直径和充气压力两个关键参数对气泡特征参数影响。研究表明,KYZ浮选柱充气器能形成高气泡表面积通量的柱内分选环境。工业应用表明,KYZ浮选柱高气泡表面积通量充气器能够实现优异的分选性能。     

喷嘴螺旋倾角对雾化性能影响的试验研究

通过试验研究以理解螺旋喷嘴的雾化性能。利用激光粒度分析仪和高速摄像机试验研究了喷雾锥角,喷嘴流量,喷雾射程,粒子速度,雾滴的平均直径(SMD)等性能参数。结果表明,在同一喷射压力下,液体的喷射距离、喷嘴出口雾化角和雾粒的轴向速度都随着喷嘴螺旋倾角的增大而减小,然而,喷嘴流量和雾粒SMD随着喷嘴螺旋倾角的增大而增大。在系统喷射压力为2 MPa时,螺旋倾角对喷嘴流量的影响最小,其减小幅度仅为0.004 L/s;且在距喷嘴口25 cm处,30°螺旋喷嘴在系统压力为3 MPa时,雾粒SMD最小,最小为30.04μm;在系统喷射压力为3 MPa时,螺旋倾角对雾粒轴向速度的影响最大,其速度变化幅度为10.3 m/s。     

操作参数对微泡发生器内流场影响的研究

运用流体动力学软件FLUENT,采用非结构化网格技术对不同操作参数下微泡发生器内的流场进行了分析对比,结果表明:在其他参数不变的情况下,过低的喷嘴入口速度将使吸气管处产生回流现象;随着喷嘴入口速度的增大,紊动能的最大值随之增大;喷嘴入口速度越大,工作压力越大;随着背压的增大,充气速率下降,最大工作压力缓慢增大。     

露天矿潜孔钻机泡沫发生器及其流量特性的实验研究

为了解决露天矿潜孔钻机粉尘浓度严重超标的问题,改善干式捕尘器应用效果差、湿式凿岩用水量大的现状,针对潜孔钻机的产尘特点,设计出一种适用于潜孔钻机的泡沫发生器。通过理论计算及数值分析,确定了泡沫发生器的基本尺寸及发泡参数,掌握了其内部气液流场的分布特点。通过泡沫发生器的流量特性实验可知：液体流量及气体流量越大、发泡网目数越小、发泡剂浓度越高,泡沫流量越大。当液体流量为18 L/min、气体流量为30 m3/h时,使用发泡网1及浓度为1.5%的配方3,泡沫流量达到最大值515 L/min。整体来看,泡沫除尘后采场平均降尘率高达90%以上。     

射流式微泡发生器三相流动行为研究

采用了一种射流式微泡发生器并建立了矿物浮选试验系统,根据微泡发生器三相流动特性,提出了基于双流体模型的三相流动力学模型。常温常压条件下基于三相流动力学模型,运用CFD理论和Fluent分析软件对射流式微泡发生器内气-固-液三相流动行为进行数值模拟,分析了射流式微泡发生器内三相流场的压力、速度和三相分布等重要参数。结果表明:喷嘴截面面积不断变小导致压力增大,发生非常剧烈的三相间相互作用,微泡基本在此处生成;静压在微泡发生器轴向端从入口到出口方向逐渐降低,而在喉管内部静压的径向分布比较均匀,非常适合气-固-液三相充分混合。研究方法能够对相关设备的开发提供一定的参考。     

旋流器中颗粒临界直径和颗粒间的碰撞

介绍了浮选过程中关键设备—气泡发生器以及结构与工作原理。详细介绍随着流场强度和气泡大小的变化,浮选颗粒临界尺寸的变化。描述了颗粒在流场中的受力状态以及它们的碰撞效率。