煤液化热高压分离器煤粉漂移特性数值模拟与优化

为揭示煤液化热高压分离器（简称“热高分”）内的煤粉漂移规律,基于热高分的结构特性和多相流物性参数,建立物理模型,并采用VOF(volume of fluid)模型和DPM(discrete phase model)模型,数值分析进口液固两相中固相质量分数、颗粒粒径对煤粉漂移特性的影响。研究发现：在气液交界面处,煤粉颗粒平均质量浓度最大,并随进口固相质量分数的增加而增大;小颗粒对气流的跟随性好,故气相出口的煤粉漂移率与颗粒粒径呈负相关关系;当进口固相质量分数增大到7%以上时,对应同一颗粒粒径下煤粉漂移率基本不变。通过在热高分上部增加45°倾斜挡板,发现气相出口处煤粉漂移率从2.03%下降到0.88%。     

大型矿浆搅拌槽多种挡板结构对矿浆云密度的影响

以大型矿浆搅拌槽为基础,采用Fluent软件中 湍流模型和多重参考坐标系法(MRF),分别对三种挡板结构在不同搅拌速度的工况下的搅拌流场进行大量模拟,并对结果进行拟合分析。结果表明,倾斜挡板比直挡板搅拌的流场更均匀。搅拌速度在10-50转/分递增时,槽底沉降矿浆逐减少,槽顶悬浮先减小后增大,理想矿浆浓度百分比先增大后减小。总结出在矿浆浓度、挡板尺寸和叶轮结构相同的条件下,转速在35转/分左右、相对壁面有一定倾斜角度的挡板的矿浆搅拌效果更好。     

静态煤粉分离器中颗粒运动特性数值模拟研究

为了研究不同性质的颗粒在静态煤粉分离器内部的运动行为,利用Fluent数值模拟软件包,采用雷诺应力模型(RSM)和离散相模型(DPM)对分离器内的流场流态和不同粒度、密度颗粒的运动轨迹进行模拟,并从动力学角度分析了颗粒在第一分离区和离心分离区的运动状态,同时使用实验室静态分离器进行试验验证。研究结果表明,模拟数据与实验室实验数据结果匹配度良好,颗粒的密度越大在流场中的加速度越小,密度通过影响颗粒在流场中的运动,进而影响颗粒的分离效率;颗粒在第一分离区为单一的轴向运动,在离心分离区为复杂的三维旋转运动,湍流场对颗粒"鱼钩效应"的产生有一定的影响。     

基于CFD-DPM方法的通风速度对煤尘扩散影响分析

压入式通风的通风速度直接影响着煤尘颗粒的扩散,从而降低掘进机驾驶员的能见度和掘进机的运行效率。为减少煤尘扩散,基于CFD-DPM方法选取山西长治张村煤矿2601综采工作面作为物理原型,研究不同通风速度下煤矿巷道的气流流动和煤尘扩散行为。模拟结果表明,气流场可分为气流快速和混乱的湍流区、有煤尘回流的回流区以及从掘进工作面到煤矿巷道出口的稳定区。受巷道头阻塞的影响,沿巷道壁面的气流将煤尘颗粒从湍流区带离压力区,进入回流区;由于气流速度的突然下降,煤尘迁移在巷道后面的区域减慢,然后大量的煤尘颗粒被气流带到稳定区域;而煤尘回流造成剩余的煤尘被带到风筒的出口,因此在巷道端头后约5 m的区域,以及风筒附近的区域,煤尘浓度很高。在强夹带作用的影响下,煤尘颗粒被吸引到风筒出口附近,其煤尘浓度随着通风速度的增加而增加,且这种情况发生在通风速度超过17 m/s时。     

典型直吹式制粉系统风粉分配特性研究分析

采用单因素试验方法,通过实际测量和计算得出了典型直吹式制粉系统运行中各一次风管煤粉浓度和气流速度分配特性。结果表明,提高磨煤机动态分离器转速或关小静态分离器挡板,适当提高风煤比均可有效降低各煤粉管道间煤粉浓度和含煤粉气流速度离散程度,确保对应各燃烧器热负荷更加均衡,而磨煤机出力影响甚微。     

主扇扩散器流速分布模拟与动压损失研究

矿井主扇扩散器是用来降低出口动压以提高风机静压而回收风机出口动能的装置。根据流体动力学理论 ,本文就扩散器流场和速度场问题 ,应用计算流体动力学 (CFD)的方法模拟了 6 0°倾斜扩散器和流线型扩散器的风流流场和速度场 ,其重点分析了扩散器出口断面流速分布及出口动能损失的计算方法 ,对研究扩散器的最优设计参数及通风节能有较大的指导作用。     

湿煤颗粒聚团碰撞解聚的离散元模拟研究

采用离散元法中的粘结模型模拟湿颗粒聚团中液桥的粘结行为,基于离散元软件EDEM及其二次开发构建了等径小颗粒粘结而成的湿煤聚团模型,对于聚团与柔性筛板的碰撞行为进行模拟,研究了碰撞物理过程中聚团内部各部分粘结破碎的规律,分析了碰撞速度,筛板倾斜角度和聚团的旋转速度对于聚团解聚程度的影响,结果表明粘结的破碎区域首先发生在聚团与筛面的接触区,随后由下而上,由中心向四周扩散。碰撞后聚团的解聚程度随着碰撞速度的增大而增大,随着筛板倾斜角度的增大而减小,增大颗粒的旋转速度,有利于聚团的解聚。     

粗颗粒对立式砂仓底流浓度及流变性的影响

尾砂充填是我国金属矿山生产中主要的充填技术,但以往研究侧重于探讨床层高度、料浆停留时间、絮凝剂单耗等因素对底流浓度产生的影响,有关添加粗尾砂颗粒对立式砂仓底流料浆性质产生的影响研究较少。为此,通过筛选3种粒径分布的粗颗粒尾砂,分析粗颗粒尾砂的添加量对床层沉降速度、底流浓度以及料浆流变性产生的影响。静态浓密试验结果表明：合适的絮凝条件下能够提高浓密效果评价值,且最佳絮凝剂单耗值随着絮凝剂浓度增加而增高;床层沉降速度和底流浓度随着粗颗粒尾砂添加量增加而增高,且-2 000 μm粒径粗颗粒尾砂提升效果更明显。动态浓密试验结果表明：立式砂仓模型底流料浆平均浓度与床层高度、料浆停留时间和粗颗粒尾砂添加量成正比关系,且底流料浆的静态屈服应力和动态屈服应力均随着粗颗粒尾砂添加量增加而降低、随着料浆浓度增加而增高,分析结果可为实现立式砂仓底流的高浓度稳定运行提供参考。     

高浓度尾矿浆体倾斜管道流动淤积临界速度研究

为了确保倾斜尾矿管道输送安全可靠运行,采用紊流扩散理论,在倾斜管道建立了扩散方程,提出了伴有滑动床的倾斜管道上层的颗粒垂线浓度分布模型。同时结合颗粒和清水质量守恒以及悬浮层浆体流动平衡条件,给出了滑动床厚度和垂线浓度分布的计算方法。在此基础上,通过分析滑动床受力平衡关系,给出了伴有滑动床流动的倾斜管道尾矿浆体淤积临界速度的迭代求解方法。通过水平及倾管道输沙试验,发现淤积临界流速与平均粒径和输送浓度负相关,实测淤积临界流速值与作者模型的计算值最大偏差不过超12%。     

基于LBM-DEM耦合模型的多孔射流喷动床内流动特性

研究喷动床内颗粒的流动特性对于喷动床的设计和优化具有重要意义。基于格子Boltzmann方法 (LBM)-离散单元法(DEM)的数学模型,综合考虑固体运动对流场的影响,气相采用修正后的格子Boltzmann方程计算,颗粒-颗粒以及颗粒-壁面之间的碰撞采用离散单元法软球模型,颗粒所受气体曳力采用Gidaspow曳力模型,流固耦合基于牛顿第三定律,从介观角度深入剖析了多孔射流稠密气固流化床内流动机理。采用Fortran语言编程对上述模型进行求解,通过复现气泡在鼓泡床中的演化过程,有效验证了LBM-DEM耦合模型的准确性。研究了单喷口系统与多喷口系统在不同射流速度下的空隙率、颗粒拟温度、床层膨胀高度以及颗粒动能与势能等典型参数变化。结果表明:单喷口射流气速增加时,气体对颗粒的携带能力增强,喷泉区扩大,床内空隙率分布增大,速度脉动变大,颗粒拟温度升高,床层膨胀高度提高;而在多喷口系统中,相邻喷口间存在较强的横向扰动,在床层底部喷泉区出现明显射流合并,位于中心射流区域的颗粒获得较高动量,喷口数的增加使得床层膨胀高度提高27.50%,时均空隙率范围扩大,颗粒拟温度升高,且射流合并高度随喷口数量的增加而降低28.57%,颗粒势能增加66.07%,动能减少48.48%。以上分析结果表明基于修正格子Boltzmann方法与离散单元法相结合的耦合模型可以作为分析稠密气固两相流内在机理的有效工具。     

基于PFC 2D高梯度磁场下煤粉干式磁选行为模拟

为了清晰认识煤粉磁选行为的特性,选取矩形磁钢-锥形聚磁介质闭合磁系提供高梯度磁场环境,建立了煤粉干式磁选过程磁性颗粒动力学模型。基于二维离散元软件PFC 2D,研究了干式磁分离过程磁性颗粒运动行为,考察了磁场强度、极距、比磁化率、锥角对颗粒运动轨迹中位移、速度、平均不平衡力的影响。结果表明：磁场强度、比磁化率越大,颗粒在磁场中受力越大,位移、速度变化越明显,有益于颗粒的磁力捕集;保持颗粒距锥尖相对距离l/2,极距越小,位移、速度变化趋势越大,越有利于磁性颗粒的吸附、系统的稳定;锥角为π3时,颗粒所受磁场力最大,系统易达到平衡状态;锥角对系统影响最弱,比磁化率较极距、磁场强度对系统影响大。     

氧煤比对水煤浆气化影响的数值模拟

用数值方法模拟了水煤浆气化过程中氧煤比对气化过程和出口煤气成分以及碳转化率的影响规律．总结了在具有复杂化学反应的高温、高压容器中，对水煤浆气化过程的数值模拟时经常遇到的问题和解决方法．得到了气化炉内的温度场、流场、浓度场以及出口粗煤气成分，其结果与工程实际相比非常接近；并利用得到的结果分析了影响水煤浆气化过程和出口煤气成分的主要因素即氧煤比，提出了提高出口煤气有效成分(cO H：)的措施．     

不同外水含量下煤粉高压密相输送试验研究

在输送压力可达4.0 MPa的气力输送试验台上进行两种煤粉不同外水含量下的密相输送试验,研究煤粉表面性质和外水含量对流动特性的影响。结果表明：相同外水含量下,年轻煤流动性较好;中等变质煤在初始外水含量（外水M=0.40%）下存在显著的静电效应,外水含量增加,静电效应明显抑制;随着外水含量增大,中等变质煤的质量流量和固气比先略增大后逐渐减小,年轻煤则呈逐渐减小趋势;弯管当量长度系数K与输送气速近似成比例关系,相同气速下年轻煤K值逐渐增加而中等变质煤则先略有减小后急剧增大。通过试验,获得了两种煤粉高压密相输送外水含量的极限值。     

Fine coal preparation using novel tribo-electrostatic separator

Dry coal beneficiation has been examined by tribo-electrostatic method using Indian thermal coal sample from Ramagundam coal mines. The process of tribo-electric coal/ash cleaning is carried out with a newly built cylindrical fluidised bed tribo-charger with internal baffles, made up of copper metal. The charge transfer in coal maceral and mineral particles after repeated contact with copper plate tribo-charger is measured. Separation of particles in an electrostatic separator according to the polarity of particle charge generated during tribo-electrification is discussed with respect to gas flow rate and residence time in fluidised bed tribo-charger and the applied electric field.The coal and mineral particles charge with positive and negative polarities respectively. The magnitude of particles charge found to be relatively high illustrating greater efficiency of contact electrification in fluidised bed tribo-charger. The separation results with ?300 μm size fraction of coal containing 43% ash showed that the ash content can be reduced to 18% and 33% with an yield of about 30% and 67%, respectively. These results are comparable to the maximum separation efficiency curve of washability studies on this coal sample. Since the ash percentage of coal particles collected in the bins close to positive and negative electrodes are about 70% and 20%, a better yield with low ash content can be accomplished on recycling the material.     

高梯度磁选中单颗粒微粉煤的动力学分析

为了建立气固流态化磁选过程中颗粒群的相互作用模型,优化了高梯度磁选设备工作参数,在单颗粒微粉煤比磁化率一定的条件下,通过对高梯度磁选中单颗粒球形微粉煤的动力学分析,建立了气固流态化分选过程中的单颗粒煤粉运动的动态数学模型;进而探索出聚磁介质当量直径的临界模型,并分析了单颗粒微粉煤被捕集到聚磁介质上时相对气体流速的运动速度。     

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。     

燃烧煤粉颗粒的粒度速度测量方法

基于煤粉火焰辐射特性,提出了蓝色背光照明成像的方法,可以避免或减少火焰自发光的影响,直接获得单个固体煤颗粒的静态或动态影像。采用单帧长曝光的测量方法,从煤粉颗粒的运动轨迹中同时获得燃烧中煤颗粒的粒度和速度。在基于Mc Kenna燃烧器的平面火焰携带流燃烧器系统中,用工业相机对煤粉燃烧进行实验研究,并获得了燃烧器出口不同距离处燃煤颗粒的粒度和速度信息。紧邻出口的粒径测量结果与送入给料器前的煤样筛分粒度范围相符,粒度和速度随高度变化的趋势也证明了该方法的可行性。该方法的提出为煤粉燃烧过程的可视化测量研究奠定了基础。     

基于Fluent的高压水射流喷嘴优化模拟研究

为了提高高压水射流技术的破煤效率,采用Fluent软件对高压水射流的喷嘴结构和几何参数进行了优化模拟。通过分析水射流的轴向速度和壁面静压分布,选择了最佳的喷嘴结构和几何参数。结果表明:圆柱形喷嘴的最大射流速度发生在喷嘴内部,而锥形和锥直形喷嘴的最大射流速度发生在喷嘴外部,且锥形和锥直形喷嘴的最大射流速度和最大压力均明显大于圆柱形喷嘴,考虑到水射流的附壁效应,锥形喷嘴为最佳选择。锥形喷嘴的最优几何参数为:喷嘴出口直径3 mm,喷嘴锥角7°,喷嘴长度9 mm。高压水射流喷嘴的优化对提高煤层瓦斯抽采效率具有重要意义。