锥盘旋流澄清器分离性能试验研究

基于采用混凝沉淀法进行污水处理中比重轻、粒径小的颗粒难以除去,且混凝沉淀设备占地面积大、能耗高等原因,提出用锥盘旋流澄清器来处理污水,加入锥盘来增大沉降面积,加速絮体的沉降。通过对比试验探明加入锥盘可以有效提高旋流澄清器的分离性能,并通过性能试验研究其结构参数对分离性能的影响规律。结果表明:筒体高度、锥盘插入深度和锥盘盘间距对分离性能的影响较大;在筒体高度为600 mm,锥盘插入深度为400 mm,锥盘盘间距为20 mm,溢流口直径为40 mm的工况下,处理悬浮物含量约为450 mg/L,浊度约为125 NTU的煤泥水时,悬浮物去除率为93.7%,浊度去除率为70.2%。     

旋流器底流口直管段长度对分离性能的影响研究

底流口直管段是旋流器的重要部件,为了探明底流口直管段长度对旋流器分离性能的影响规律,采用数值模拟和试验方法,对比研究了底流口直管段不同插入深度对旋流器压力场、速度场、湍动能的影响 。模拟结果表明：随着直管段插入深度绝对值的增加,流场静压力、切向速度、湍动能均有不同程度增大,可以有效增大离心强度,强化分离效果,而径向速度随着直管段插入深度绝对值的增加有所减小,径向速度 的减小有利于分级精度的提高;试验结果表明：进料压力为0.1 MPa、进料浓度为10%、进料中位粒径为16.75 μm时,随着底流口直管段长度由0 mm增加到80 mm,底流浓缩倍数由4.61倍提高到6.48倍,底流产品中位 粒径由49.32 μm增大到65.88 μm,溢流产品中位粒径由8.57 μm增加到21.16 μm,溢流产品细度变大,分离粒度增大,综合分级效率较传统旋流器提高了13.85个百分点。     

不同进料流量下深锥浓密机给料井流场特性可视化试验研究

全尾砂颗粒群在深锥浓密机给料井内的絮凝沉降行为是固液分离的关键环节。为探究给料井内流场特性,从而提高尾砂深度脱水性能,基于给料井亚克力相似模型、粒子成像测速技术和絮团示踪技术,设计了一套深锥浓密机给料井内流场特性可视化试验系统,并对不同进料流量下给料井原位絮凝体系下的全尾砂颗粒群流场进行了可视化研究。研究结果表明：随着进料流量的增加,相对停留率和湍动能衰减率整体上逐渐增大并趋于稳定,且进料流量存在极限最优值;当进料流量过小时,进料初始动能不足,全尾砂无法充分在给料井内做螺旋运动,絮凝效果较差;当进料流量过高时,给料井出口湍动能仍较大,破坏已完成絮凝的颗粒群,絮凝效果也较差。     

具有W型反射盘的新型干扰床分级机性能分析

针对传统干扰床分级机分级精度和分级效率低等问题,提出了一种带W型反射盘、切向进料的新型干扰床分级机。利用计算流体动力学方法,数值模拟研究了分级机进料口入料速度和给水室进水速度对分级机内部流场特征及分级性能的影响规律,并进行了试验验证。结果表明:在一定的进水速度和进料速度区间内,新型干扰床分级机分级腔内的流场更稳定,更有利于颗粒的沉降和分级效率的提高。当进料速度为1.6 m/s时,料浆分级效率可达70.8%,产率可达35.6%。当进水速度为0.9 m/s时,料浆分级效率可达58.7%,产率可达34.6%,研究结果对揭示分级机分级机理具有一定的参考价值。     

旋流器底流口调控方法的试验研究与数值模拟

以水介旋流器为基础,在底流口中心插入实心锥棒与空心锥管,在锥棒和锥管不同的插入深度下,对此旋流器进行煤泥分选试验。试验结果表明,实心锥棒与空心锥管的插入深度大,精煤产率高、灰分高。相对而言,空心锥管可调范围宽。运用ANSYS软件对插入锥棒和锥管的旋流器流场进行模拟,模拟结果表明,有实心锥棒与空心锥管存在的旋流器内部依然有空气柱存在,锥部流体轴向速度随着锥棒与锥管插入深度的增加而增大。     

铅锌尾矿在旋流器超重力环境内分离特性研究

通过对颗粒分离理论、铅锌尾矿分选处理工艺等进行分析,提出适用于铅锌尾矿分选的反向流化结构旋流器,利用锥面反向流化作用,快速分离具有密度差异的铅锌尾矿。结果表明,轴向压力值在不同径向截面处对应的值不同,整体上随轴向距离的增大而降低,且在圆锥段获得最大压力值;轴向速度分布呈对称分布,不同轴向截面处的轴向速度增减趋势有区别,颗粒分布主要集中在锥段;随着反向流化速度的增加,PbO矿粒从主要集中分布于旋流器器壁逐渐扩散至整个旋流器流场范围内,大密度PbO颗粒在器壁富集量先增加后降低;当反向流化速度为0.01m/s、进料速度为4m/s时,PbO颗粒达到最大回收率86.7%和富集比22.5,铅锌尾矿颗粒间的分离性能最佳。该研究成果为国内外铅锌尾矿的回收利用提供依据与借鉴。     

新型水力分级机数值模拟及试验研究

传统水力分级机给料方式通常为垂直给料,容易造成分级腔内流场紊乱,特别是高速给料时流场恶化尤为严重,导致分级精度低、分级效率低等问题。为此,提出一种切向进料、带有W型反射盘的新型水力分级机。采用计算流体动力学软件对新型水力分级机内部流场进行了数值模拟分析。结果表明:新型分级机通过设置切向进料管结构,物料以螺旋下降方式进入分选腔,下降速度降低,物料分散更充分;通过在给料口设置W型反射盘后能够产生向上折返流,减缓了物料与上升水流的对冲,内部流场分布更均匀;适当增加给料速度后,对新型分级机分级腔内湍动能影响不大,有利于物料分级,提高分级精度。对粒径小于0.075 mm的铁粉进行分级对比试验表明:新型分级机分级效率是传统型分级机的1.25倍,溢流产率是传统型分级机的1.46倍。相比于传统分级机,新型分级机在分级效率和产率2方面都得到了有效改善和提高。     

铜山口铜矿水力旋流器数值优化试验研究

为提高大冶有色铜山口铜矿选矿厂FX500水力旋流器的分级精度、降低底流夹细量,通过数值模拟方法系统考察了旋流器结构参数和操作参数对旋流器分离性能的影响,结果表明：①适当增加入口流速、降低给矿浓度,可从整体上降低底流夹细量和溢流跑粗量;②适当增大柱段高度和小锥锥角,可进一步降低底流夹细量;③适当增大沉砂口上锥角角度,对底流中的微细粒级有洗涤作用,能进一步降低底流夹细量;④现场对比试验证实,旋流器结构优化后底流-75 μm粒级夹细率下降了1.78个百分点。研究结果为铜山口铜矿水力旋流器的优化与改造提供了技术支撑。     

截齿破碎煤岩力学特性及损伤研究

截齿破碎煤岩过程中的截割力变化规律及岩石损伤对于指导刀具设计、提高煤岩破碎效率具有重要作用。采用ANSYS/LS-Dyna建立了单截齿破碎煤岩的动力学模型,在2 mm、4 mm、6 mm、8 mm、10 mm和12 mm 6种截割深度以及0.5 m/s、1 m/s、2 m/s和3 m/s 4种截割速度下进行数值模拟,分析了在6 mm截深时的截齿破岩过程,分析了截割力随时间的变化过程和平均截割力随截割深度的变化过程,通过损伤区域直径量化了损伤范围。最大截割深度12 mm比最小截割深度2 mm平均截割力大21.6 kN,损伤区域直径大32 mm,最大截割速度3 m/s比最小截割速度0.5 m/s平均截割力大0.9 kN,损伤区域直径小5 mm。截割力随截齿运动先增大后趋于稳定,平均截割力随截深增加显著增加。损伤范围随截深增加先增加后趋于稳定,二者呈指数关系,截割速度对截割力和损伤的影响较小。     

浮选机内气液两相流场特性数值模拟研究

基于标准k-ε湍流模型和Mixture多相流模型,对容积为20L的KYF浮选机内气液两相流场特性进行了模拟研究,并探究了搅拌强度对流场特性的影响。结果表明:Y=0截面的两相流体绝对速度、静压、液相湍流动能、液相涡流黏度等流场特性沿转轴呈对称式分布,且速度场呈上、下两循环分布;搅拌强度对混合区速度、压力、气相体积浓度分布影响显著,对上升区和分离区影响相对较小;搅拌强度每增加50rpm,混合搅拌区速度大约增大0.03m/s,上升区大约增加0.01m/s,分离区大约增加0.001m/s,转子区负压大约增加400Pa,混合区气相体积分数大约减少0.01%~0.3%;模拟研究可为协同调控浮选机内流场特性和浮选技术指标提供参考依据。     

锥段结构对旋流器内部流场和分级性能的影响

水力旋流器最早可追溯到上世纪50年代,它是一种将压力能转化为动能且伴随着能量损失的装备,因其占地面积小、无运动部件、分级效率高等优点被广泛应用于煤炭分选、石油、化工等各类分选行业中,但由于其自身结构的限制以及外界工况的变化,分级精度难以保证,旋流器主要有柱段、锥段、溢流口、底流口和进料体组成,其中,锥段结构作为旋流器的主要分离区域,是影响旋流器分级性能的主要因素之一,因此,本文针对常规旋流器分级精度低、运行能耗高的问题,提出了一种改进旋流器锥段的方法用于提高旋流器分级性能,通过数值计算法呈现了直线型、抛物线型和双曲线型锥段结构旋流器对内部流场特性和分离性能的影响规律。数值结果表明：采用抛物线锥段可使其旋流器的切向速度和轴向速度减小,降低乱流的发生概率,流场稳定性得到有效提升,双曲线锥段内部流场不稳定,不利于颗粒的平稳运行。抛物线型旋流器零速包络面外移,细内旋流空间变大,细颗粒得到充分分离,分级精度得到一定提升。相比于常规型和双曲线型,抛物线型旋流器具有较小的湍流强度,颗粒稳定性得到有效提升,同时,抛物线型旋流器的陡度指数从0.61提升为0.72,旋流器分级精度得到大幅提升,由于其分离空间的变大,切割粒径稍有增大。     

CFD模拟旋风分离器自然旋风长

利用计算流体力学软件Flowizard对不同结构尺寸的旋风分离器气相流场进行数值模拟采用分离器锥体段中心湍动能峰值定位自然旋风长的方法，分析了入口面积、芯管下口直径、下溢口直径和锥体段长度对自然旋风长的影响。拓展了分离器内部流场由多个自然转折旋风串联的概念。通过增加锥体段长度和入口风速来实现旋风串联、多级分离的效果，延长自然旋风长，有益于提高分离效率。     

CFD技术在旋流器设计方面的应用

利用CFD技术对旋流分离器进行了数值研究,探讨了适用于旋流器的计算模型,包括紊流模型,多相流模型的选取和内部空气柱的计算方法。以锥形旋流器为例进行了数值计算,获得了旋流器的内部流场细节,对于旋流器的优化设计以及分离性能预测有着重要的指导作用。     

Numerical analysis of hydrocyclones with different conical section designs

Hydrocyclones generally follow a conventional design and may have some limitations on separation performance. This paper presents a numerical study of hydrocyclones with different conical configurations by a recently developed computational fluid dynamics method. The feed solids concentration considered is up to 30% (by volume), which is well beyond the range reported before. The numerical results show that the cyclone performance is sensitive to both the length and shape of the conical section, as well as the feed solids concentration. A longer conical section length leads to decreased inlet pressure drop, cut size d₅₀, and Ecart probable E_p, and at the same time, an increased water split (thus larger by-pass effect). When conical shape varies from the concave to convex styles gradually, a compromised optimum performance is observed for the cyclone with a convex cone, resulting in a minimum E_p and relatively small inlet pressure drop and water split. Almost all these effects are pronounced with increasing feed solids concentration. Based on the numerical experiments, a new hydrocyclone featured with a long convex cone is proposed. It can improve the performance of the conventional cyclone at all the feed solids concentrations considered.     

单、双溢流管旋流器流场特征及分离性能研究

普通旋流器完成一次分级只能得到细颗粒的溢流和粗颗粒的底流,无法实现窄粒级精细分级要求。为了使一次分级可以获得多个细粒径、窄粒级产品,提出了一种双溢流管旋流器,为探明旋流器内流场特 征及分离性能,采用数值模拟和试验研究对比研究了双溢流管旋流器和普通单溢流管旋流器内速度场、压力场、粒度场及分离性能。数值模拟结果表明：具有双溢流管结构的旋流器经过一次分离可以获取内溢流、外 溢流和底流3种粒级产品。相比于单溢流管旋流器,双溢流管旋流器的切向速度和内部静压力更大;径向速度、轴向速度和湍动能更小,说明双溢流管旋流器可以强化分离过程,有利于分离性能的提高。试验验证结果 表明：相较于单溢流管旋流器,双溢流管旋流器底流浓度降低了8.3个百分点,底流产率增大了3.25个百分点,内外溢流产品中-45 μm的颗粒累积含量增加了1.15个百分点,综合分级效率提高了1.26个百分点。研究 结果可为多产品窄粒级旋流分离装备及工艺的研发提供一定的参考。     

重介质旋流器壁面处理对湍流数值模拟的影响

采用3种不同的近壁模型和壁面处理方式,对重介质旋流器中的湍流流场进行模拟,将数值模拟数据与试验测量数据进行比较.结果表明,对近壁网格加密后采用增强壁面处理方法,能够得到更为接近实际流场的模拟结果.以2种不同入料口形式的重介质旋流器流场数值试验为例,分析了采用壁面处理后,旋流器内流场的变化情况.数值试验表明,旋流器的入料口采用弧形入料形式可以降低能耗,提高分选精度,增大处理量.     

旋流浓缩除井下煤淤试验研究

针对煤矿井下工作面矿井水流量大,夹杂煤泥颗粒不均匀,分离困难等问题,设计了一种带有浓缩斗的浓缩型旋流器,并通过正交试验分析探究了浓缩型旋流器对其浓缩除固性能的影响。结果表明：以底流浓度为评价指标得到最佳组合参数为进料压力0.14MPa,底流口直径15mm,浓缩斗口径21mm,进行矿井水试验得到底流浓度达47.61%,底流产率为42.19%|在底流产率评价指标下得到最佳参数为进料压力0.12MPa,底流口直径18mm,浓缩斗口径27mm,矿井水试验中底流浓度为40.52%,底流产率达到46.78%。并且根据无因次关系对旋流器放大进行了工业运行试验,旋流浓缩设备能够有效降低矿井水含水率,煤泥浓度可达近70%,可有效解决井下清淤问题。     

三锥角水介旋流器锥体结构优化及数值模拟

为了考察三锥角水介旋流器的锥体分选特点,采用正交试验和计算流体力学的方法,对三锥角水介旋流器的锥体结构进行初步研究。首先通过正交试验探究不同角度锥体对粗煤泥分选效果的影响,在满足最大产率原则的条件下,得到较优的锥体参数。然后利用ICEM-CFD对三锥角水介旋流器的内部流场进行数值模拟,湍流相采用雷诺应力RSM模型,采用DPM离散相模型模拟三锥水介旋流器内颗粒运动,分析内部流场的压力、速度分布规律及固体颗粒运动轨迹,结果表明：三段锥体对分选效果都有影响,影响程度为一段锥体＞二段锥体＞三段锥体|一段锥体能够获得较低的精煤灰分,二段和三段锥体能在要求的灰分范围内保证较高的精煤产率。     

LA1450-B型旋流器在斜沟煤矿选煤厂的应用

介绍了LUDOWICI生产的LA1450-B型大直径有压两产品重介旋流器的设计特点及影响分选效果的关键因素,通过理论计算和实践应用确定了分选密度、入料压力、干煤泥处理量和重介质的质量是影响旋流器应用效果的关键参数,并结合斜沟煤矿选煤厂的实际应用,证明了大直径有压两段两产品重介旋流器主、再洗可获得较高的精煤产率,及密度控制简单、分选效率较高等优势,为大型重介选煤厂的兴建和大直径重介旋流器的应用提供了经验参考。