高压水射流煤层割缝深度数值模拟与实验研究

高压水射流割缝技术是提高低透气性煤层瓦斯抽采效率的有效措施之一,确定割缝深度是优化钻孔布置和射流参数的基础。基于Fluent软件数值模拟分析了入口压力、靶距、旋转速度对水射流流场特征的影响规律;基于高压水射流破煤实验系统,开展了淹没和非淹没条件下冲击破煤实验,并进行了现场实验。研究表明,喷嘴结构一定时,水射流速度随着入口压力的增大而增加,冲击压力随冲击距离增大而发生衰减;水射流发展过程中截面积逐渐增大,导致冲击压力集中区域的范围随靶距的增大而逐渐扩展;射流旋转会导致旋转方向一侧的应力大于另一侧,靶体表面最大切应力随旋转速度增加而增大;随着入口压力和冲蚀时间的增加,水射流对试样的冲蚀深度增大,但冲蚀深度随冲蚀时间的增加存在阈值。根据高压水射流破煤深度实验结果可知,喷嘴直径为1 mm、压力为30 MPa时,水射流割缝直径可以达到1.2 m。工程应用表明,割缝钻孔平均瓦斯抽采流量为普通钻孔的1.56～2.52倍;抽采16 d后,瓦斯抽采浓度维持在30%以上。     

内混式空气雾化喷嘴雾化特性及降尘效率研究

为了掌握内混式空气雾化喷嘴喷雾特性及降尘性能,借助自主研发的喷雾降尘实验平台,对内混式空气雾化喷嘴与X旋流型压力喷嘴流量、雾化角、射程、雾滴体积分数、雾滴粒径、雾滴速度等喷雾特性参数及降尘效率进行了实测,并对实验结果作对比分析。结果表明:随着供水压力的增加,内混式空气雾化喷嘴水流量和气流量分别呈指数形式递增和递减,气液质量流量比不断下/2次方成正比。随着供水压力的增加,2种喷嘴的雾化射程、雾滴体积分数及雾滴速度均增大。X旋流型压力喷嘴雾化角明显大于空气雾化喷嘴,其喷雾作用范围更宽;随着供水压力的不断提高,空气雾化喷嘴雾化角呈现先增大后减小的变化规律,而压力喷嘴则一直以较小的幅度不断减小。空气雾化喷嘴由于有压缩空气作为助力,在供水压力较低时能获得较为理想雾滴粒径,且随着供水压力的增大,雾滴粒径不断增大;普通压力喷嘴的雾化粒径随着供水压力的提高而减小,且需在较高的供水压力下才能获得理想的雾滴粒径。在相同的供水压力下,空气雾化喷嘴雾滴粒径和水流量均小于压力喷嘴,而雾滴体积分数、雾滴速度及降尘效率均高于压力喷雾。气水喷雾较压力喷雾具有明显的优势,获得相同的降尘效率,气水喷雾耗水量仅约为压力喷雾的一半。     

基于SIMULINK的聚能喷嘴动态特性仿真研究

以脉冲水炮用聚能喷嘴为研究对象,建立其发射特性的数学模型;应用MATLAB中的动态仿真工具软件包SIMULINK,对射流的出口速度与喷嘴内的静压力进行仿真研究。结果表明,对于指数型聚能喷嘴而言,随着喷嘴出口截面变化率的增加,脉冲射流速度亦明显增大;当喷嘴出口截面变化率为定值时,随着喷嘴长度增加,脉冲射流的速度快速增大,而脉冲的长度会大大减小。另外,在喷嘴内水柱的压力沿喷嘴出口方向显著增大,且喷嘴断面收缩越快或喷嘴越短,喷嘴内的压力上升就越快。因此,从减小喷嘴内压力,提高喷嘴强度角度出发,采用收缩较缓慢的长喷嘴为最佳。     

矿用X旋流压力喷嘴雾滴速度预测模型

为了建立矿用X旋流压力喷嘴雾滴速度的预测模型,基于自行设计的喷雾试验平台,应用正交试验方法,得出了喷嘴雾滴速度与各影响因素之间的作用规律,并在此基础上,采用多元非线性回归法建立了喷嘴雾滴速度的预测数学模型。结果表明:雾滴速度随着供水压力的增大而增大,随着轴向距离和出口直径的增大而减小;3个因素对雾滴速度影响的主次顺序为轴向距离出口直径供水压力。多元非线性回归数学模型拟合值和试验值基本相吻合,平均相对误差为13.87%,可以用于X型旋流压力喷嘴雾滴速度的理论计算。     

喷嘴螺旋倾角对雾化性能影响的试验研究

通过试验研究以理解螺旋喷嘴的雾化性能。利用激光粒度分析仪和高速摄像机试验研究了喷雾锥角,喷嘴流量,喷雾射程,粒子速度,雾滴的平均直径(SMD)等性能参数。结果表明,在同一喷射压力下,液体的喷射距离、喷嘴出口雾化角和雾粒的轴向速度都随着喷嘴螺旋倾角的增大而减小,然而,喷嘴流量和雾粒SMD随着喷嘴螺旋倾角的增大而增大。在系统喷射压力为2 MPa时,螺旋倾角对喷嘴流量的影响最小,其减小幅度仅为0.004 L/s;且在距喷嘴口25 cm处,30°螺旋喷嘴在系统压力为3 MPa时,雾粒SMD最小,最小为30.04μm;在系统喷射压力为3 MPa时,螺旋倾角对雾粒轴向速度的影响最大,其速度变化幅度为10.3 m/s。     

不同结构喷嘴内外流场的数值模拟分析

选择矿井喷雾除尘常用的锥直型喷嘴和离心式喷嘴,利用FLUENT软件,基于VOF方法对不同结构的喷嘴以及喷嘴在不同进口压力下喷雾的内外流场进行数值模拟。模拟结果显示,锥直型喷嘴的出口速度大,离心式喷嘴的覆盖范围广;对于锥直型喷嘴,不同长径比下喷嘴处形成的负压区不同;同一种喷嘴的进口压力越大,其喷雾的出口速度越大,雾化效果越好,而进口压力对喷嘴附近的压力及雾化锥角影响较小。     

X旋流压力喷嘴雾化锥角实验研究

为研究X旋流压力喷嘴的性能和参数,基于自行设计的喷雾实验系统,采用高速摄像仪成像方法,设计了5种不同喷嘴直径分别对应8种不同喷嘴供水压强的喷雾实验。实验结果表明:当X旋流压力喷嘴直径小于1.5mm时,喷雾雾化锥角随着喷嘴供水压强的上升而上升;当喷嘴直径大于1.5mm时,喷雾雾化锥角随着喷嘴供水压强的增加而减小;在相同供水压强下,喷雾雾化锥角随着喷嘴直径的增大而增大,且增大的幅度随着直径的增大而减小。     

超高压磨料水射流工艺参数优化实验研究

为了提升磨料射流的切割效率,通过研制的超高压磨料水射流切割系统开展了不同工艺参数对石灰岩的切割效果研究。结果表明：随着水射流压力的增加,切割深度首先表现为线性增大,然后增速逐渐放缓;最佳磨料流量参数为0.6 kg/min;最佳初始射流靶距为5 mm;磨料射流的切割深度随喷嘴横移速度呈下降趋势;随着射流切割角度的增加,切割深度呈现出“M”型变化趋势,在80°时切割深度达到最大值;基于正交试验进行极差分析,明确工艺参数对切割深度的影响权重由大到小依次为水射流压力、喷嘴横移速度、磨料流量、喷嘴切割角度和射流靶距,得出最佳的切割参数组合为水射流压力400 MPa,磨料流量0.8 kg/min,喷嘴横移速度1 mm/s,射流靶距6 mm,射流切割角度80°。     

降阻剂对多孔旋转喷头流场特性的影响模拟分析

采用RNG k-ε湍流模型和有限体积法对添加DR-12型乳液聚合物降阻剂的连续相混合介质进行数值模拟,分析了降阻剂对多孔旋转射流喷头流场特性的影响规律,得到了喷头各喷嘴射流形态和压力场、速度场的变化情况。结果表明:添加降阻剂可以有效提高射流的密集性、作用喷距和喷头内部静压力值,而对动压力和射流速度影响有限;在入口压力50 MPa时,喷头各喷嘴静压力提高了2.67～5.36倍,而动压力和射流速度仅提高了1.04～1.06倍和1.02～104倍;随着入口压力变化,喷头各喷嘴平均静压提高了3.25～3.76倍,降阻效果更为明显,进而验证了添加降阻剂可以有效降低多孔旋转喷头的压力损耗。     

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。     

浮选柱与浮选机分选细粒粉煤的对比性实验研究

 摘要：针对淮北某选煤厂浮选精煤灰分较难达标的实际情况,分析了FCMC系列旋流微泡浮选柱的优点及工业应用现状,阐述了浮选入料性质及条件对浮选效果的影响,提出了采用旋流微泡浮选柱替代浮选机分选细粒粉煤的新方法,并通过试验论证了旋流微泡浮选柱对细粒粉煤浮选的优越性。     

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。     

某金矿矿泥单独浮选试验研究

山东某金矿选厂在破碎段经洗矿、分级、浓缩脱出的矿泥含金量与原矿相当,但粒度过细,进入浮选系统后会恶化浮选过程。为此,分别采用浮选机和旋流-静态微泡浮选柱对该矿泥进行了单独浮选试验。试验结果表明,矿泥经浮选机1粗1精2扫选别,可获得平均金品位为90.73 g/t、平均金回收率为77.91%的合格精矿,经旋流-静态微泡浮选柱1粗1精选别,可获得平均金品位为98.43 g/t、平均金回收率为87.93%的合格精矿,旋流-静态微泡浮选柱不仅选别指标明显优于浮选机,而且可比浮选机减少2次扫选作业。     

旋流-静态微泡浮选柱浮选萤石试验研究

介绍了旋流-静态微泡浮选柱的结构和原理,并利用该设备对柿竹园钨粗选尾矿矿石进行了萤石浮选实验研究。研究结果表明:该浮选方法可获得CaF2含量大于96%的优质萤石矿物。利用旋流-静态微泡浮选柱在工艺条件及药剂制度与常规浮选基本相同的情况下,采用一粗三精流程即可达到常规浮选机一粗八精的浮选目标,简化了流程,降低了成本。利用浮选柱回收萤石有广阔的应用前景。     

旋流-静态微泡浮选柱旋流力场的数值模拟研究

文章介绍了旋流-静态微泡浮选柱的结构和工作原理,通过旋流力场的数值模拟,分析了旋流-静态微泡浮选柱利用微泡浮选、逆流浮选及旋流离心力场强化分选的机理。     

浮选柱内微孔发泡器发泡性能研究

利用数字摄像技术获得浮选柱内气泡图像,采用Image-Pro Plus 5.0图像处理软件对气泡大小及直径分布率进行统计、计算,考查了发泡器平均孔径、润湿性和表观气体速率对气泡大小的影响。研究结果表明,气泡群Sauter直径随发泡器的平均孔径、表观气体速率减小而减小;发泡器润湿性对气泡大小有显著影响,与疏水型发泡器相比较,亲水型微孔发泡器有利于产生小气泡。采用小孔径、亲水型微孔发泡器发泡,所产生的气泡群有利于微细粒矿物浮选回收。     

旋流-静态微泡浮选柱分选某白钨矿的半工业试验研究

采用旋流-静态微泡浮选柱用于白钨矿粗选的半工业试验,主要开展了处理量试验和药剂用量试验.72 h连选试验结果表明,采用一次粗选、一次精选闭路流程,利用旋流-静态微泡浮选柱可得到9.76%的白钨粗精矿,尾矿品位0.10%,且对回收率影响不大.     

旋流-静态微泡浮选柱部分优先选铜半工业试验研究

旋流-静态微泡浮选柱是一种新型选矿设备,为了提高某银多金属矿生产效率,减小后续作业压力,采用该浮选柱进行了部分优先选铜半工业试验。通过一粗两精闭路流程试验研究,可得到铜、金、银品位分别为18%、60g/t、6000g/t,回收率50%以上的结果,为企业生产和技术改造提供了依据。     

高气泡表面积通量充气器气泡特征参数试验研究

充气器生成气泡的特征参数是影响气泡表面积通量的关键因素。利用电导探针法和拍照测径法获取了充气器产生气泡的直径、速度及其分布特征。利用CCD高速相机获取了充气器的气泡分散特征。结合浮选柱的清水试验研究,分析了充气器喷嘴直径和充气压力两个关键参数对气泡特征参数影响。研究表明,KYZ浮选柱充气器能形成高气泡表面积通量的柱内分选环境。工业应用表明,KYZ浮选柱高气泡表面积通量充气器能够实现优异的分选性能。     

从细粒煤泥中回收精煤的分选与脱水技术研究

介绍了研制开发的旋流微泡浮选柱和精煤快速压滤机技术工艺,并分别与传统的机械搅拌浮选机和圆盘真空过滤机的性能作了对比．研究结果表明：浮选柱降灰和精煤快速压滤机脱水效率高,精煤灰分和滤饼水分低,工艺指标先进,且动力消耗小,节能明显,维修量小,运行稳定可靠,因而旋流微泡浮选柱和精煤快速压滤机是细粒煤降灰脱水的有效而经济的工艺设备,具有广阔的推广应用前景．