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。     

水力旋流器溢流引出管结构对其性能的影响

虽然溢流引出管不是水力旋流器的一个重要构件，但是溢流引出管结构变化会对水力旋流器的分级性能有所影响，本文论述了溢流引出管尺寸的改变对水力旋流器的分级效率、处理能力、分流比、浓缩性能等分级指标的影响，所得的研究结果对选择水力旋流器溢流引出管内径具有重要的指导意义。     

溢流口结构对旋流器溢流分率影响的模拟及实验研究

旋流器的溢流分率是旋流分离过程中的一个重要的操作参数同时也是一个重要的性能参数,文献表明溢流分率对于分离效率有着显著的影响。利用CFD软件Fluent模拟了3种入口条件下溢流口结构对旋流器溢流分率的影响,并根据不同的物理模型进行了实验验证,证明RSM湍流模型在模拟旋流器流场的应用中具有较好的可靠性。     

新型双溢流水力旋流器分级试验研究

为了解决传统水力分级旋流器结构缺陷导致的短路流污染产品的问题,设计了一种新型双溢流水力旋流器,并搭建了试验平台。试验结果表明,双溢流水力旋流器的结构设计实现了双溢流、产出三种粒度级物料的设计目标,在入料0.045 mm粒级含量为62.25%的条件下,内溢流产物均0.045 mm,外溢流产物中0.045 mm粒级89.23%,底流产物中0.045 mm粒级25.24%。     

筛孔型溢流管旋流器分离性能研究

旋流器在分离过程中由于短路流的存在造成溢流跑粗现象,针对此问题提出一种筛孔型溢流管旋流器,并进行数值模拟和试验研究。结果表明：与圆柱型溢流管相比,筛孔型溢流管结构可延长颗粒在旋流器内的分离时间,使短路流重新进入外旋流进行充分分离,减少溢流跑粗现象。对比试验结果表明,与圆柱型溢流管旋流器相比较,采用筛孔型溢流管分离效率显著提高,-25 μm分级质效率由47.59%提高到58.00%,分级量效率由48.74%提高到60.08%,溢流产物更细,粗颗粒减少,溢流跑粗现象得到有效改善;随着溢流管开孔率增大,溢流产率提高,溢流和底流产品粒度均有变粗的趋势。     

结构参数对双溢流旋流器内空气柱性能的影响

传统旋流器一次分级只能得到溢流和底流两种产品,造成产品粒级范围太过宽泛,达不到精细分级的要求。本文提出了一种具有双溢流管结构的多产品旋流器,建立了流场模型,利用流体力学多相流理论,对旋流器内部流场进行了数值模拟,得到了内外双溢流流场分布特点,获取了流场和空气柱的形成、发展演化过程。对底流口、溢流口结构参数对旋流器内空气柱性能的影响进行了仿真分析,结果表明:旋流器内空气柱直径随着底流口和溢流口直径的增大而增大,当内溢流管直径小于底流口直径时,空气柱较为紊乱。研究结果对分析空气柱影响涡旋运动及优化旋流器结构参数奠定了理论基础。     

锥角对水力旋流器流场及分离性能影响的数值试验研究

为了考察锥角对水力旋流器内部流场和分离性能的影响，针对实验室[?]50 mm水力旋流器，采用Fluent软件中RSM湍流模型、VOF和Mixture多相流模型进行了系统的数值试验研究。流场模拟结果表明，在相同操作条件下，增大锥角，空气柱直径增大，湍流强度增加，压强和压强梯度均明显增加，从而导致整体能耗增加；切向速度随锥角增大明显升高，轴向速度变化不大，但LZVV逐渐向器壁移动，分流比逐渐降低。颗粒分离模拟结果表明，增大锥角会导致分离粒度增加，各粒级分离效率降低；小锥角容易造成“底流夹细”现象，大锥角容易引起“溢流跑粗”现象。研究结果为水力旋流器锥体的结构选择和设计提供了参考。     

对称双进口旋流器流场特征及分离性能

传统单进口旋流器存在流场不稳定、分离精度低等问题。创新旋流器结构、优化流场性能、提高分离 精度是当前旋流器应用的迫切需求。为了解决传统单进口旋流器对流场冲击大而引起的流场波动不稳定问题,提 出了一种对称双进口旋流器结构型式。采用数值模拟方法,通过 RSM 湍流模型、VOF 和 Mixture 多相流模型,对两 种进口结构的旋流器流场特征及分离性能进行了对比研究,结果表明：对称双进口旋流器的零速包络面和旋流流 场更加均匀,可以为颗粒迁移运动创造更加稳定的分级、分选条件;对称双进口旋流器流场静压、湍动能、轴向速度 和切向速度比传统旋流器均有不同程度的提高,其中对分离起主导作用的切向速度最大值提高了 16.90%,有效增 大了离心强度,强化了分离效果;入口速度为 7.5 m/s 时,10 μm 微细颗粒溢流分级效率较传统结构提高了 4.82 个百 分点,15 μm 微细颗粒溢流分级效率较传统结构提高了 11.34 个百分点。研究结果对丰富旋流器结构型式,进一步 提高旋流分离性能具有一定的指导意义。     

齐大山铁矿粗细分级旋流器数值优化试验研究

为提高齐大山铁矿选矿厂[?]660 mm粗细分级水力旋流器的沉砂产率,从而增大后续重选作业的给矿量,基于数值模拟方法系统考察了水力旋流器结构参数对水力旋流器分离性能的影响。结果表明：增大沉砂口直径和柱段高度可以有效提高各粒级在沉砂中的分配率,而增加溢流管直径和小锥锥角则相反。基于数值试验结果进行了粗细分级水力旋流器工业试验,与原旋流器相比,优化后的旋流器沉砂产率提高了7.67个百分点,在保证分级效率的前提下可以有效提高沉砂产率。优化后的水力旋流器可以有效增加重选作业给矿量,并为同类型矿山的水力旋流器结构设计提供参考。     

中心曲面锥型旋流器分离性能的数值模拟

针对普通旋流器所存在的溢流跑粗问题,提出一种带有中心曲面锥的水力旋流器,利用中心曲面锥结构引导内旋流中一部分粗颗粒到外旋流重新参与分离,减少溢流跑粗。通过数值模拟对比分析了中心锥型旋流器和中心曲面锥型旋流器的流场特性和分离性能。对比结果表明,将中心锥改进为中心曲面锥后,中心锥体附近流体的径向速度增大,进一步强化了内旋流中粗颗粒向外旋流的运动,减小了粗颗粒进入溢流的概率;切向速度变大,有利于颗粒的离心分离;轴向速度减小,颗粒分离时间延长,分离更充分;湍动能减小,流场更加稳定。模拟结果显示,与中心锥型旋流器相比,中心曲面锥型旋流器溢流中≥35 μm 颗粒含量相对减小 11.08%,≥35 μm 颗粒的分级效率提高了 4.04 个百分点。     

旋流器内部流场的数值模拟研究

通过FLUENT的前处理GAMBIT建模、计算网格划分和给定边界条件,运用RSM湍流模式和MIXTURE多相流模型,对动量方程采用二阶迎风差分格式离散,采用SIMPLE方法对速度和压力进行耦合求解,得到旋流器内的径向、轴向和切向速度分场、速度流线图以及压力场。结果表明:中心轴线附近静压较低,而动压梯度变化比较大;切向速度总体变化趋势是由内向外先增大后减小,而且切向速度方向的一致性证明内外螺旋方向的一致性;由轴向速度得出零速度包络面的存在,为旋流器的优化和改进提供了理论依据。     

渐扩进料体旋流器分级性能试验研究

针对水力旋流器处理细粒级颗粒分级时易出现溢流跑粗的问题,设计出一种渐扩式进料体旋流器,并通过粉煤灰的分级试验,研究底流口直径、压力、给料浓度对其分离性能的影响。研究表明,随着底流口直径增大,底流浓度减小、底流产率升高、分级粒度变细,分级效率明显增大;随着压力增大,溢流浓度减小,底流浓度明显升高,分级效率升高;随着给料浓度增大,溢流和底流浓度都升高,底流产率减小,分级效率降低。当底流口直径为Φ18mm、压力为0.06MPa、浓度为16%时,旋流器分离粒度d50为54μm,且-54μm分级质效率为49.50%,量效率为88.66%;此时,溢流-45μm含量达到88%以上,符合一级灰标准。     

溢流管直径对旋流器流场和分离影响研究

利用RSM雷诺应力模型和VOF多相流模型,系统考察了溢流管直径对Φ50 mm水力旋流器流场稳定性的影响。通过对空气柱、零速包络面、短路流及湍流强度等流场特性的分析,确定了使流场稳定的最佳溢流管直径范围,并通过旋流分离物理试验进一步验证了该溢流管直径条件下获得的稳定流场能有效提高分离效率。研究结果表明,当溢流管直径过小时,空气柱会发生中断甚至不能完整形成,分选空间内部湍流强度较高,底流分流比较大,短路流量较小。随着溢流管直径的增加,逐渐形成上下贯通的空气柱,分选空间内部湍流强度降低,零速包络面的对称性增强,底流分流比逐渐降低,流场稳定性增强,从而分离性能增强。随着溢流管直径进一步增加,空气柱直径增大,短路流量增加,流场稳定性降低,从而分离效率下降。因此,针对所考察的Φ50 mm水力旋流器最佳的溢流管直径在0.30 D左右。     

冷冻管直径对冻土冻结影响规律的试验研究

近年来冻结施工方法越来越多地使用在城市土木工程施工中,但由于受冻土冻结理论基础的缺失和研究方法的局限,长时间以来人们对冻结法的设计始终没有找到较为理想的方案,参数变量选取遇到很大困难,同时在施工阶段没有较为标准统一的技术规范参照,使得该工法的实际应用往往出现工程量浪费、施工混乱和工程质量无保障等情况,而其中冷冻管直径是主要影响参数。通过同轴管土体冻结试验的研究,采用不同直径的冷冻管进行冻结试验,利用Fluent模型分析冻结过程的温度场分布规律,确定了最优冷冻管管径的选择方法,为冻结法的设计及施工提供依据。     

含油污泥分离水力旋流器研究进展

含油污泥是石油开采过程中的主要污染源之一。针对油、泥、水三相的性质差异,水力旋流器在含油污泥的处理中展现了广阔的推广应用前景。近年来,含油污泥处理用旋流分离设备取得了相当多的研究成果和新进展。     

蒸发管内污垢层温度和热应力场的数值模拟

假设汽液固三相循环流化床蒸发管内均匀覆盖一定厚度的硫酸钙结晶垢层,考虑垢层与流体间耦合换热、管内流体沸腾传热,采用STAR-CCM+软件对其进行数值模拟,对垢层的温度和热应力分布以及断裂做了分析。     

圆柱旋流器液固两相流场的数值模拟

采用混合模型建立了圆柱旋流器内液固多相流动的数学描述,并用雷诺应力模型描述湍流,对圆柱旋流器的多相流流场和随时间变化的分离机理进行三维数值模拟,得到了旋流器内不同截面上的速度分布和不同时间的体积分布状况。数值计算结果为前人的试验和理论总结提供了有力的支持,对旋流器的进一步研究有指导意义。     

大断面全煤巷道层状顶板离层变形模拟研究

为研究层状顶板在巷道开挖后的离层变形特征,确定顶板离层的准确位置,根据非线性接触理论,针对大宁煤矿大断面全煤巷道层状顶板结构特征,层间接触面采用状态非线性模拟的方法,构建了有限元计算模型,并运用ANSYS计算软件进行了数值模拟．模拟结果表明,大宁煤矿大断面全煤巷道在开挖后离层出现在顶板0．4,1．4,1．8和2．6m深度位置,该计算结果基本与现场观测结果相符．研究结果表明,该计算方法对分析层状顶板变形、离层问题可行,对巷道围岩稳定性评价及支护设计有一定的参考价值．