基于CFD-DEM方法的矿浆泵磨损特性研究

基于CFD-DEM耦合的方法，同时结合Archard磨损模型，对小流量矿浆泵在不同流量、不同颗粒粒径等工况下进行数值模拟，分析了泵内颗粒运动规律、颗粒在不同流域的分布情况以及颗粒与泵过流部件的碰撞规律，研究了矿浆泵内过流部件尤其是蜗壳的磨损特性。结果显示，蜗壳存在一定堵塞，蜗壳靠近隔舌段颗粒形成低速堵塞区，蜗壳的磨损主要集中在上半部分及隔舌附近的位置；随着流量增大，颗粒速度增大，颗粒与壁面碰撞时动能增大，矿浆泵体磨损情况增强；小粒径颗粒工况下磨损情况更严重。     

基于数值计算的浮选机内颗粒流动行为研究

浮选机内矿浆动态流动性能研究对于优化浮选机具有重要意义。利用CFD数值模拟方法研究了浮选机内矿浆动态流动特性,并讨论了不同粒径矿石颗粒的分布特点,矿浆的动态流动并未破坏浮选机的循环流场结构,固相颗粒也形成了循环特征流场。单一固相粒径分析表明,随着给矿粒径的增加,浮选机槽底的沉积现象加重。多固相粒径分析表明,浮选机对不同粒级颗粒的提升能力和搅拌混合能力是不同的,为提高粗颗粒的回收能力,需要提高颗粒的提升高度。     

水泥气力均化库颗粒流动的数值模拟研究

利用Fluent软件,采用欧拉-欧拉模型分别对均化库内的气相流场速度、颗粒相流场速度进行了数值模拟,计算结果给出了均化库内气相和颗粒相运动涡旋回流效应,描述了颗粒随流体做回流宏观运动的特点,得到了均化库内气体流动状态、颗粒混合运动规律等多项参数,全面、直观地反应了气力均化库内的颗粒的流动状态,为分析气力均化库混合机理提供了有效的颗粒混合的流动规律,亦为均化库的实际操作参数的选取提供了重要的理论依据。     

突出煤-瓦斯在巷道内的运移规律

以煤与瓦斯突出过程中煤-瓦斯两相流为研究对象,利用自主研发的煤与瓦斯突出动力效应模拟试验装置进行了巷道中突出煤-瓦斯两相流试验研究,通过试验观察将煤颗粒的运动过程分为加速、平衡减速及沉降等运动阶段,并综合运用固体颗粒在气流中的悬浮运动机理和能量守恒定律,建立了一维情况下突出煤在巷道中的运移数学模型。通过模型计算分析得到,突出煤颗粒运移距离随初始气流速度的增大呈增大趋势,随颗粒粒径的分布规律由于其符合的流动状态不同而不同。     

气力提升管三相流中气相状态对固相运动影响

钻孔水力开采中利用气力提升系统对地下矿浆进行提升时,气体状态(气相值的大小及其运动特性)对矿浆中矿石的运动及其提升效率将会产生重要影响。基于三相流理论和气泡动力学理论建立了提升管中固相运动速度模型,以陶瓷球形颗粒模拟矿石,利用自行设计的小型气力提升系统实验研究不同运行参数(气量值、淹没率)对颗粒提升量的影响,采用高速摄像技术获取不同气量值下管内气-液-固三相流运动图像序列,通过图像处理技术分析气相对固相运动的影响机理并与实验结果相佐证。结果表明:不同气量值下,气泡对颗粒的作用程度及作用形式并不相同;当气量值较小时,液体对颗粒运动影响较大,此时颗粒数量少、速度低且多随气-液混合相沿管壁位置提升;随气量值的增加,气泡对颗粒及液体提升作用明显,固-液混合相浓度及提升速度均趋于最大值并整体向管芯运动,相对于管壁,管芯处颗粒提升速度较大,此时管内整体呈不规则螺旋上升;持续增加进气量,气体流速过高,管内紊动加强,颗粒非连续提升且固-液混合相浓度显著降低。与淹没率相比,气量值的变化对管内固相运动的影响更为显著。实验结果与理论分析吻合较好,对钻孔水力开采工程应用具有指导意义。     

转载溜槽CFD-DEM模拟的参数和模型研究

基于欧拉-拉格朗日框架,采用开源软件OpenFOAM和LIGGGHTS对转载溜槽内气固两相流动进行了CFD-DEM耦合数值模拟,标定了恢复系数,并分析讨论了不同曳力模型对转载溜槽流场模拟的适应性。结果表明,对于大尺度矿物颗粒恢复系数为0.75得到的结果与实验值吻合较好。在3种常用的曳力模型中,Di Felice曳力模型对此类大尺度的转载溜槽具有较好的适应性。研究结果为在采用数值模拟方法进行大尺度颗粒转载溜槽粉尘问题的研究和设计中确定合适的恢复系数数值和选择曳力模型提供了参考。     

基于FLUENT-EDEM耦合的离心选矿机搅拌器仿真分析

采用FLUENT-EDEM耦合进行了离心选矿机搅拌器工艺参数对搅拌器搅拌性能的影响的数值模拟研究,分析了搅拌器内矿物颗粒群的运动规律、分布特性等,以矿物颗粒分散程度为主要评价指标,设计了单因素四水平仿真实验。仿真实验结果显示,搅拌转速为120rpm,叶片数量为3,搅拌直径为0.15m,插入深度为0.2m时搅拌器对矿浆的搅拌效果较好,矿浆浓度均匀,有利于离心选矿机的分选效率。该研究为指导新型离心选矿机搅拌器的设计及实际生产提供了坚实的理论和技术基础。     

U形弯管内大颗粒固液两相流的输送特性研究

应用计算流体力学及离散元耦合计算方法,对U形弯管中大颗粒固液两相流的输送特性进行了研究。采用Fluent与EDEM耦合计算,对不同输送工况下U形管中的大颗粒输送进行了仿真分析,得到了颗粒及流场在U形弯管中的分布、运动特性,同时结合试验进行了验证分析。结果表明,颗粒进入U形管后由于惯性作用主要沿着管道壁面运动。低速输送工况下,颗粒容易堆积在U形管与提升管的过渡位置,随着输送速度提高,颗粒在U形管中的浓度降低。由于与管道壁面的碰撞、摩擦,颗粒开始沿着壁面滚动运动。弯管内的二次流也会对颗粒的运动和分布产生一定影响。     

固液泵的两相流动理论研究

对固液泵内两相流动进行理论分析，由两相流相对运动方程导出固液泵的基本方程式，并推导出两相流设计计算式，最后给出应用实例。     

基于颗粒流方法的矿井突水溃沙模拟研究

通过格子Boltzmann方法对裂隙岩体水沙两相流动规律进行理论分析,研究颗粒在裂隙中的运动规律,通过格子Boltzmann方法处理两相流的边界问题,建立了裂隙岩体水沙两相流动的格子Boltzmann模型。利用颗粒流软件数值模拟裂隙溃沙,分析了沙粒进入裂隙后裂隙宽度、裂隙倾角等因素对颗粒运动规律的影响。     

颗粒粒径对浮选机固—液两相流场分布特征影响研究

针对充气机械搅拌式浮选机,运用CFD流体模拟软件进行了颗粒粒径对浮选机固—液两相流场分布特征的影响研究。通过模拟分析可知:离散相矿物颗粒与连续液相两相之间相互作用较小,流场分布特征基本保持一致,微细粒矿物颗粒粒径对浮选机内部固—液两相流场特性影响较小。转子及定子表面压力分布值与颗粒粒径有较大的关系,且在此处区域附近湍流动能较大,保证了矿物颗粒在该区域的较好分散性。     

液固两相流对A182F347不锈钢材料的磨损特性

以直径为150μm的Si O2和Al2O3混合物为磨料,在自制的旋转式液-固两相流冲蚀试验装置上研究冲击角度、冲击速度及浆体浓度对奥氏体不锈钢A182F347的冲蚀规律,结合试件表面的冲蚀形貌分析,揭示稀相液固两相流体系下奥氏体不锈钢A182F347冲蚀机理。结果表明:4%~8%的浆体浓度下,冲击角度对试件的冲蚀规律近似,即在冲击角度为60°时出现磨损率峰值,峰值两侧区域磨损率逐渐降低;浆体浓度为6%,冲击速度从1.65 m/s增加至3.85 m/s时,试件磨损率呈指数增加;在高流速下,冲击角度为60°,浆体浓度小于6%时,试件磨损率受浆体浓度的影响较小,浆体浓度大于6%时,浓度越高,试件磨损率越大。在低流速下,浆体浓度大于8%时,试件磨损率受浆体浓度影响较小;A182F347的冲蚀磨损在低冲击角度下,以犁沟切削磨损为主,在高冲击角度下,以锻打变形磨损为主。建立的数学模型与试验结果较吻合。     

液压驱动隔膜浆体泵的研究与设计

介绍一种用于输送含有固体颗粒的两相流体的浆体泵,论述它的工作原理、结构和性能特点。该泵在隔离方式、流量平稳性和可靠性方面有新的突破。     

煤颗粒分布对油煤浆流变特性的影响

采用神华煤和煤直接液化循环油配制成油煤浆，考察了煤的颗粒大小、颗粒分布以及浓度对煤浆流变特性的影响.试验结果表明：当浓度较低时，煤浆在比较宽的浓度范围内表现为牛顿流体；浓度较高时，表现为具有剪切稀化行为的假塑性流体.利用双峰级配理论，将粗颗粒煤粉加入细颗粒中可降低煤浆体系的黏度.但继续增大粗颗粒在煤粉中的比例，体系的黏度又会增大，而且煤浆的流变性能也发生改变.在试验条件下，粗细颗粒质量百分比为40∶60时体系具有最低的黏度，煤浆性质由同浓度的细颗粒体系的非牛顿流体转变为牛顿流体.因此，改变煤浆体系中煤的颗粒分布可在保持较高浓度时制备出具有较低黏度的油煤浆.     

浓密机新型给料井的设计及其试验研究

对浓密机的给料井进行了新的改造,给出了新的结构模型参数,对新型给料井进行了试验研究。结果表明,该新型给料井相对于常规给料井可明显降低料浆流速,减少矿浆流的周向运动,减少短路流的存在,有效地改善固相的沉积分散状况,对矿浆进行周向释能,增加矿物颗粒在给料井内的停留时间,最后使矿浆均匀稳定排出。     

深海采矿扬矿硬管内高速螺旋流当地浓度的研究

针对深海采矿扬矿硬管内高速螺旋流提升大洋锰结核颗粒的当地浓度受多种因素影响的问题,基于欧拉-欧拉理论模型,选用SIMPLE算法和RNGk-ε湍流模型,以含有锰结核颗粒的海水为流动介质,对扬矿硬管内液固两相流进行数值模拟,分析了管道、物料和浆体的特性等因素对颗粒当地浓度的影响规律。结果表明：不同工况条件下,管道内径、锰结核颗粒粒径、颗粒密度、提升角速度、提升浓度的增大均有助于提高颗粒的当地浓度,进而有利于提高颗粒的输送效率;过大的提升速度将会抑制断面上颗粒当地浓度的提高,从而降低颗粒的输送效率和提升能力;但管壁粗糙度及浆体黏度对当地浓度影响很小。研究结果对深海采矿扬矿硬管内高速螺旋流的输送参数优化和工程应用具有一定的指导意义。