新型气泡发生器的结构设计和优化模拟研究

在浮选工艺流程中,浮选柱是其中的重要设备之一,气泡发生器正是浮选柱的重要结构组成。对于矿浆充气和气泡矿化,气泡发生器的性能将直接决定矿物分选的效果,因此气泡发生器的结构设计及优化极其重要。建立在多位学者对气泡发生器结构的研究基础之上,本文运用射流卷吸空气紊动搅拌有利于提高流体气含率的特点,并结合新结构优势,设计并模拟优化了一种新型结构气泡发生器,即"螺旋膛线型气泡发生器"。经过实验模拟,相较于原始气泡发生器,新型结构对于气泡发生器喉管段湍流强度的提高具有明显效果。     

大口径废气流量计

大口径废气流量计的测量原理基于卡门涡街现象。本文叙述了旋涡发生体和传感器的结构,详细讨论了电子检测电路。该流量计由于采用了两个旋涡发生器,因此可测量很低的最小流速。     

微泡浮选射流气泡发生器的研究

气泡发生器是微泡浮选的关键。分析研究了气泡发生器的结构、尺寸、形状要求,以及影响气泡发生器性能的主要结构尺寸。开发设计了气泡发生器的虚拟样机,并进行了数值模拟仿真分析。在此基础上,设计制作了物理样机,并进行了实验分析。通过数值仿真和物理实验分析,验证了一些设计理论。结果表明,该气泡发生器具有较好的性能,为气泡发生器的开发设计提出了新的方法。     

气泡发生器喷嘴的改进及两相流数值模拟研究

为了提高浮选效果,对气泡发生器的喷嘴进行了改进,加入了螺旋叶片并利用VOF多相流模型进行了数值模拟计算,得到了速度、压力和湍动能等流场分布规律图,结果表明,有螺旋叶片喷嘴的气泡发生器具有更好的性能,大大提高了矿浆中的气泡矿化效果。     

两种结构不同的气泡发生器的数值模拟

利用FLUENT软件中大涡模拟湍流模型(LES)、雷诺应力湍流模型(RSM)和双方程模型(RNGk-ε),分别配合混合多相流模型对气泡发生器内的流体进行了三维数值仿真,得到其内气相和液相的速度场、压强场的分布规律,从量化的角度对气泡发生器内部流体各种参数分布有了直接的认识。     

气升式环流反应器内气泡分布的数值模拟

气升式环流反应器广泛应用于湿法冶金工业,如金矿的氰化浸出、铀矿浸出、铜矿浸出以及难处理矿物的生物预氧化等。该类反应器几何结构虽然简单,但合理的设计仍是设备高效运行的保证。为了预测气升式环流反应器的工作效果,使用欧拉双流体模型模拟反应器内包含气泡的气液两相流,并通过不同的相间力模型及自定义湍流子模型描述槽内气泡复杂运动。分析了气泡诱导湍流、升力、湍流分散力等模型在模拟气泡分布时的作用,并将模拟结果与Sokolichin等的试验结果进行比较。结果表明,提出的模拟方法在气升式环流反应器模拟中能够得到准确的流场和气泡分布结果。     

蜂窝式填料矿用除尘风机的试验研究

煤矿井下粉尘含量高严重危害矿工身心健康,并对煤矿安全生产带来巨大威胁,研究开发体积小、除尘效率高、能耗低、耗水量少的矿用除尘器成为当务之急。通过对蜂窝式填料除尘风机除尘性能的试验研究,证明卡门涡街扰动下湍流边界层相干的复涡黏模型具有强化除尘效果的作用,丰富了湿式除尘技术,为今后矿用除尘风机的设计提供参考。     

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。     

一种新型磁选机分选腔的设计及其对流场分布的影响

设计并制造了一种新型磁选机分选腔。针对分选腔内磁选过程中的团聚现象,改进导流板的形状,并应用卡门涡街原理在分选腔内增加阻流体,运用COMSOL Multiphysics分析2种工况对流场分布的影响,得出如下结论:导流板和阻流体均有导流作用;不规则型导流板产生更大的涡流和更多的涡量,易于流体出现涡街现象,带动粒子碰撞,破坏粒子间的团聚现象,提高粒子的松散度;不规则型导流板易于生成大的雷诺数,形成湍流有利于提高气固两相流的充分回旋运动,在分选区域呈现混沌现象;梯形截面阻流体使气流波动更大,涡量更多,颗粒容易受到扰动,呈现松散状态;不规则型导流板和梯形截面阻流体组合配置的分选腔为最佳配置。该研究旨在为改进分选腔提供新思路和新方向。     

卡门涡街与伯努力效应组合式粉尘测量管道结构优化研究

针对低粉尘浓度环境下电荷感应法粉尘浓度测量精度 过低的问题,基于伯努利效应和卡门涡街效应提出了一种组 合型测量管道结构,在伯努利管道的效应段加入涡街体,叠 加两种流体效应,增大流速以提高粉尘颗粒在环形静电感应 装置处的感应电量,从而提高静电感应装置的测量精度。利 用 Fluent 进 行 气 固 两 相 流 模 拟 仿 真 与 计 算,并 采 用 MATLAB计算不同粒径的粉尘颗粒通过环形静电感应装 置处所携带电荷量。结果表明:卡门涡街与伯努利效应组合 式结构的粉尘颗粒平均感应电荷量提高了26.10%,并在小 粒径下感应电量结果更为明显,在粒径7.07μm 以下的颗粒 感应电量提高了约32.36%,改善了静电感应法在小粒径粉 尘中测量精度不足的问题。     

浮选体系中气泡运动特性研究进展

在浮选体系中,气泡的运动特性直接影响着矿物浮选的选别效果,因此,研究气泡的运动特性,对于优化浮选工艺与改善浮选效果有着重要意义。本文首先简述了浮选中常见的气泡生成方式,主要有机械搅拌发泡、气泡发生器发泡、电解发泡及超声波发泡四种方式;气泡参数中介绍了气泡形态特征参数、运动特征参数和分布特征参数的含义和计算公式;然后重点阐述了浮选中起泡剂、捕收剂、抑制剂、浮选机叶轮参数、浮选柱气泡发生器及充气量对气泡参数的影响;归纳了纳米气泡在微细粒矿物浮选中的应用;最后指出,完善气泡测量方法、侧重于气泡在实际浮选环境中的运动特性研究以及研发新型纳米气泡生成设备将是未来的发展方向。     

基于湍流涡调控的煤气化渣炭-灰浮选分离过程强化

煤气化渣因炭、灰包裹夹杂严重、嵌布粒度细，导致浮选分离困难，制约了其资源化利用。浮选大多发生在湍流环境中，调控湍流是强化微细颗粒矿物浮选回收的有效途径，湍流小尺度涡直接作用于微细颗粒运动，研究借助涡流发生器实施湍流涡调控以进行煤气化渣中的炭-灰浮选分离过程强化。利用计算流体力学数值模拟对涡流矿化管内部流场进行数值计算，分析涡流发生器结构对湍流特征参量及煤气化渣浮选指标的影响，在此基础上设计了与矿物可浮性相适配的梯级涡流浮选过程。结果表明：管内矩形涡流发生器可诱导出发卡涡、流向涡及旋转方向相反的二次流向涡对，涡-涡、涡-主流之间的交互作用显著提高了湍流动能、降低了涡尺度，有利于微细颗粒与气泡间的碰撞。涡流发生器的倾斜角度从25°增至55°时，湍流动能均值由0.041 m²/s²增到0.142 m²/s²,最小涡尺度均值由16.10μm减至10.34μm。采用内置结构相同涡流发生器的均衡涡流浮选装置对煤气化渣进行炭-灰浮选分离试验，不同粒级浮选回收率表明，粒度越细，需要的湍流动能越大、涡尺度越小，诱发的...     

自吸式泡沫发生器发泡机理及其优化设计

矿井火灾严重阻碍着煤炭的安全生产,而三相泡沫是矿井火灾防治的有效手段。现阶段,已有的两相泡沫发生器不适于制备三相泡沫,为了开发适于防灭火用三相泡沫制备的泡沫发生器,需要针对三相泡沫的物理发泡特性进行深入分析,并据此对泡沫发生器的结构进行优化分析。据此,针对三相泡沫特点,以自吸式发泡器为例,分析了三相泡沫及其发泡器的发泡特点及形成原理,并借助Fluent软件模拟研究了不同扩散角度下的混合浆液在发泡器内部的流场、压力和湍流强度分布规律,提出了自吸式泡沫发生器的优化方案。结果表明：(1)自吸式泡沫发生器是利用自然压差将阻燃气体引射至管路内来实现气体与浆液的充分混合,其设计难点在于维持足够的自然压差来打破气泡与颗粒间的水化层作用;(2)当混合浆液流经文丘里管时,速度和湍流强度沿着流动方向均呈先增后减的趋势,并在喉部附近达到极值。管内负压区分布在喉部,且最大负压靠近管道壁面,在喉口附近管壁处开孔来引射阻燃气体更有利于生成三相泡沫。(3)虽然适当增大扩散角可同时提升最大速度和湍流强度,但其提升程度随扩散角度增加而逐渐减弱;此外,最大负压值随扩散角的增加呈现先增后降的趋势;当扩散角度为55°,且开孔...     

不同结构空化气泡发生器的试验研究

气泡发生器是射流浮选柱充气的关键设备,结合空化气泡有利于浮选的特点,自行设计了多孔板气泡发生器和改进型射流气泡发生器2种结构空化气泡发生器,同时在组建了的浮选柱试验系统内进行浮选柱清水试验。试验结果表明,2种空化气泡发生器作为浮选柱的充气装置时,均可使浮选柱内产生细小、密集、分布均匀的气泡,同时对比2种结构空化气泡发生器对浮选柱的充气性能发现,改进型射流气泡发生器要优于多孔板气泡发生器。     

湍流条件下气泡-颗粒间碰撞效率的数值计算

为了研究浮选过程中的气泡与微细粒煤泥之间的碰撞效率,提出了一种基于数值模拟软件FLUENT的碰撞效率数值计算方法,并采用此方法模拟了微观尺度下不同颗粒粒径、颗粒密度、气泡直径、流场湍流强度下单气泡与颗粒碰撞行为,计算出气泡-颗粒间的碰撞效率,得到各因素对单气泡与颗粒碰撞效率的影响规律。结果如下:颗粒粒度和气泡尺寸是影响气泡颗粒间的碰撞效率的主要因素。随着颗粒粒度、密度以及湍流强度的增加,碰撞效率增大。在静水中,碰撞效率随气泡尺寸的增大而增大;在湍流中,随着气泡尺寸变大,碰撞效率呈减小趋势。     

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。     

气泡发生器结构性能的研究与进展

根据气泡发生器的发展,对不同充气方式的充气性能进行了比较,得出了射流混合成泡是较为先进高效的成泡方式;分析了不同气泡发生器的结构参数,并阐述了其对充气性能的影响;重点介绍了自吸式微泡发生器的流体动力学原理、结构参数、射流运动过程及其起泡性能。     

气泡发生器的流体动力学性能研究

气泡发生器作为浮选柱的核心部件,一直是浮选柱的研究重点。针对空气直接喷射式气泡发生器结构特点,分析了气泡发生器气体喷射出流的流体动力学模型,通过试验室和工业型浮选柱的清水气泡发生试验,修正了气泡喷射出流理论计算公式,对工业型浮选柱的大型化研制提供一定的理论依据。     

新型射流气泡发生器的设计与数值模拟

为了提高微细粒矿物的矿化效果，设计了一种含有振荡腔的新型气泡发生器，并将引入气液两相流可以在较低音速下流速实现超音速流动的理念。通过理论计算得出：在工作压强为0.1 MPa,气液体积比为1∶1的条件下，气液两相流混合体达到超音速流动的临界流速为20 m/s。运用Fluent软件对新型气泡发生器进行气液两相流数值模拟，得到了其内部流体的速度和体积分布规律。模拟结果显示，液相最高速度为20.7 m/s,气相最高速度为24.2 m/s,但是只有在气含率达到50%左右时，才能在扩散管末端产生激波振荡现象。这说明气液两相流超音速流动不仅和速度有关，也和两者之间的比例有关。超音速流动的过程中会伴有激波的产生，可以形成能量较高的湍流，使气相和液相充分混合，提高矿化效果。     

单泡管充气装置的改进

用注射器针头取代单泡管的玻璃毛细管,使用射流元件定值器等改进单泡管的气泡发生器和充气装置的试验结果表明,可以获得合适而稳定的气泡直径和充气量,充气装置性能可靠,结构简单,操作方便,重复性好。