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。     

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。     

排水排渣射流泵结构参数设计

介绍了设计所需的已知参数和射流泵的主要参数,根据系统示意图对参数符号进行了介绍,对射流泵参数进行了设计计算,求出了射流泵的喷嘴直径dp1、喉管直径d3、喉管长度Lk;喉嘴距Lc、扩散管长度Ld等结构参数。     

喷射器二维流场与性能的数值分析

用CFD数值模拟的方法实现了蒸汽喷射器二维流场的分布和变工况特性。结果表明:喷嘴出口后工作蒸汽与引射蒸汽并非等压混合,速度值与压力值呈现出连续振荡逐渐趋于稳定的趋势。同时分析了工作流体压力、引射流体压力以及出口压力对喷射器性能的影响,并探讨了各参数对喷射器工作性能产生影响的原因。     

压气引射孔口除尘器的试验与分析

针对煤矿井下干式钻孔粉尘污染问题,提出了一种煤层钻孔防尘装置。对关键动力元件——压气引射器进行了系统深入的研究;在喷嘴个数及结构尺寸一定时,分析了压气引射除尘器各运行参数之间的关系;在保持其它结构参数不变的条件下,只改变喉嘴距,分别观察对进气口负压、引射风量和噪声的影响情况。实验结果表明:喷嘴出口断面与混合室入口断面重合时,引射器各性能参数达到最优。     

后混合磨料射流混合腔内真空度的试验研究

本文通过实验的方法阐述了影响后混合磨料射流真空度的几种因素，旨在为进一步设计后混合磨料射流喷嘴结构提供依据，通过单因子及正交试验，优选出喷嘴结构参数，当引射压力为１０ＭＰａ时，混合腔内真空度可达９６．７１ｋＰａ。     

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的气液两相射流引射器设计模拟研究

文章采用Fluent模拟软件对气液两相引射器的最优尺寸进行了数值模拟研究,并分析了引射压力和出口背压对引射器工况的影响。研究结果表明:引射器内射流喷嘴直径受流场发育情况、压力特性曲线和气相体积浓度等因素的影响和制约,综合考虑这四种因素,确定了喷嘴直径范围为16~20mm;当引射压力一定时,随着出口背压的增大,气相流量、气相浓度和出口流速均逐渐减小;当出口背压一定时,射流气相浓度随引射压力的增大呈逐渐上升趋势。     

水力冲孔喷嘴流场的数值模拟分析

用Fluent软件对喷嘴的各个结构参数对射流流场的影响进行了数值模拟,模拟发现:在圆锥段收缩角为13°左右、喷嘴出口圆柱段的长径比为3左右时,射流核心段上的速度最大。数值模拟结果与理论结果完全一致。     

用于综掘机内喷泡沫的水射流吸液装置研究

综掘机内喷管路弯曲细小,泡沫输送过程中阻力较大,传统的定量泵添加装置无法在煤矿井下环境使用,文丘里添加装置阻力损失大,出口压力较小,无法满足泡沫输送的动力需求。因此研究高出口压力水射流吸液装置具有重要意义。借鉴液体射流泵的原理,利用水射流形成的负压添加发泡剂,对水射流发泡剂添加装置不同结构尺寸下的吸液特性进行了研究。通过数值模拟进行结构参数的初步设计,探明其对流场特性及压力损失的影响规律;实验室实验验证模拟结果的可靠性。结果表明,在现场条件下,喷嘴孔径为3 mm,喷嘴出口与喉管入口距离为2.5 mm,喉管直径为5 mm,喉管长度为30 mm时,吸液效果最佳,压力损失最低,装置稳定性最高,能够满足高输送阻力下的发泡剂稳定添加。     

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。     

脉冲来流下自激振荡喷嘴仿真研究

保证自激振荡喷嘴结构参数不变,利用FLUENT软件对脉冲来流喷嘴的振荡特性仿真分析。通过设定不同来流频率和来流速度,分析了腔内压力和速度变化趋势。仿真结果表明,脉冲来流会显著提高射流振荡效果,且当来流频率接近喷嘴装置固有频率时,出口压力峰值最大可提高3.2倍;来流速度与喷嘴结构存在一个最优匹配关系,使射流出口压力峰值达到最大。仿真结果与基于涡旋理论的自激振荡发生机理结论相符,对自激振荡喷嘴优化设计具有一定的指导意义。     

中心体空化喷嘴全尺寸结构优化研究

为提高油罐清洗除锈效率和安全性,拓展空化水射流技术的应用场合,设计了一种用锥形喷嘴与90°锥形柱体镶嵌而成的新型中心体空化喷嘴。通过Fluent软件,采用无量纲量,针对不同喷嘴出口段圆柱长度、外喷嘴直径、中心体直径以及内嵌深度参数组合的多种工况进行数值模拟,重点对射流流场的压力分布和气含率分布进行了对比分析,研究表明:所设计的喷嘴射流绕流能够有效产生空化,空化区域主要存在于90°锥形柱体末端附近;含90°锥形柱体中心体空化喷嘴结构的四大参数(L、D、d、l)必须相互配合,在l/d=1附近、L/D=1.5~2.5、D/l=2~2.5能够产生较好的空化效果。     

负压吸气式雾化装置参数优化及降尘试验研究北大核心

通过雾化粒度,射流速度和负压值性能试验测试负压吸气式雾化装置的关键参数,并通过因素水平分析确定了最优的参数取值范围,最后进行降尘试验测试。试验结果表明:增大射流压力能明显提高液滴雾化效果;雾滴D_(50)随喷嘴直径的增大呈先减小后增加的抛物线变化规律;雾滴速度随喷嘴伸出量的增加表现出先增加然后稳定减小的趋势。通过正交分析确定喷嘴直径3.5 mm,喷嘴伸出量3 mm为最佳参数;通过负压值测试分析确定射流水压3 MPa为最佳参数。通过和轴流喷嘴降尘效果对比得到射流吸气式混合雾化装置的雾粒粒径降低了54.73%,对全尘的控尘效率提高了20.78%,尤其是呼吸性粉尘控尘效率提高了40.24%。     

负压吸气式雾化装置参数优化及降尘试验研究

通过雾化粒度,射流速度和负压值性能试验测试负压吸气式雾化装置的关键参数,并通过因素水平分析确定了最优的参数取值范围,最后进行降尘试验测试。试验结果表明:增大射流压力能明显提高液滴雾化效果;雾滴D_(50)随喷嘴直径的增大呈先减小后增加的抛物线变化规律;雾滴速度随喷嘴伸出量的增加表现出先增加然后稳定减小的趋势。通过正交分析确定喷嘴直径3.5 mm,喷嘴伸出量3 mm为最佳参数;通过负压值测试分析确定射流水压3 MPa为最佳参数。通过和轴流喷嘴降尘效果对比得到射流吸气式混合雾化装置的雾粒粒径降低了54.73%,对全尘的控尘效率提高了20.78%,尤其是呼吸性粉尘控尘效率提高了40.24%。     

基于引射器原理的投砾装置喷嘴CFD优化仿真分析

地浸钻孔成井工艺中,目前常用的投砾设备主要有渣浆泵与各类自制投砾装置。基于引射器原理的投砾装置是一种现场应用较广的投砾装置,为了提高该投砾装置的工作效率和投砾质量,本文基于计算流体力学的数值模拟软件Fluent对引射器原理的投砾装置的引射器结构进行了数值模拟的优化分析。分析结果表明,引射器喷嘴直径对引射效果具有较大影响,引射器的引射系数随喷嘴直径的增大而逐渐减小,但较小的喷嘴直径会导致对泥浆泵的泵压负荷增大,对于现场使用的BW250型泥浆泵,要求最高压力≯6 MPa,因此引射器喷嘴的直径为5 mm时为最优值;混合室直径增大会降低引射器性能,根据砾料通过能力等确定最优参数为18 mm;混合室长度有利于提高引射器性能,本文优化值为120 mm长度时为较佳混合室管长。优化后的投砾装置较原有基于大喷嘴直径引射器的投砾装置,投砾效率和质量均有大幅提高。     

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。     

三维LDV/APV系统在降尘喷嘴雾特性参数测量中的应用

阐述了三维LDV/APV系统用于测量水喷雾流场特性参数的原理,对降尘喷嘴雾特性参数进行了精确测量。结果表明：喷嘴工作压力增大,雾粒径减小,雾场径向覆盖范围扩大,水雾/含尘空气体积通量加大;旋转射流主体段,轴向速度在径向及轴向衰减平缓,径向及切向速度在径向呈单峰形分布;旋转射流卷吸周围含尘气体的能力增强,降尘效率提高。     

高压磨料水射流切割Q235钢的切深预测模型

针对于常用的Q235钢,应用高压磨料水射流切割装置,分别试验研究了泵压、横移速度、靶距以及入射角度等工艺参数对切割深度的影响,建立了基于实测数据的经验数学模型。试验结果表明,切割深度随泵压增大呈现线性增大,随横移速度增大而减小。靶距在4 mm左右,喷嘴横移方向与喷嘴出口射流夹角为105°左右,使得切割深度最大。通过比较模型计算切深与实测切深,得出数学模型对预测切深具有一定的可靠性。     

双余弦自吸气淹没喷嘴气泡粒径分布规律

根据引射吸气方式设计了一种双余弦自吸气喷嘴,为解析该喷嘴在不同操作因素下的气泡粒径分布特征规律。选择甲基异丁基甲醇(MIBC)作为起泡剂,利用图像分析法测量了不同起泡剂浓度、入流压力、喷嘴距、不同深度下的气泡粒径分布,分析了不同入流压力下喷嘴的吸气能力。结果表明:随起泡剂浓度的增大,气泡Sauter直径逐渐减小,当浓度达到临界兼并浓度0.112 mmol/L时,气泡粒径稳定于某个常数值,且入流压力越大,常数值越小,气泡粒径分布范围越窄,小气泡含量增大,如入流压力P=0.14 MPa时,气泡Sauter直径为0.32 mm,中间粒径气泡含量为40.73%;气泡直径随入流压力的增大逐渐减小,随喷嘴距增大逐渐减小,随不同深度增加线性增大,且药剂浓度达到临界兼并浓度时,减小(增加)趋势均变缓慢;吸气量随入流压力增大线性增大,且喷嘴距越大吸气量越大。