进口位置对旋风分离器特性影响的数值模拟

采用相间耦合随机轨道模型,在拉格朗日坐标下对旋风分离器内颗粒的运动进行了模拟研究。结果表明,颗粒在进口位置对粒径较小颗粒的运动和分离效率影响比较大;反之,对粒径较大颗粒的运动和分离效率影响比较小。通常颗粒位于靠近入口外侧时容易被分离。     

扩散式旋风分离器气固两相流场的数值模拟

采用拉格朗日离散相模型(DPM)模拟固相颗粒的轨迹,研究了不同速度对不同粒径的颗粒分离效果的影响以及进口位置与分离效率的关系,结果表明速度对小粒径颗粒的分离效率影响较小,当速度大于15 m/s时,增大速度对大粒径颗粒的分离效率没有明显效果。从进口上端进入的气流其分离效率最小。     

煤层气井多相流条件下不同粒径煤粉启动-运移规律

为系统研究煤层气井中多相流条件下煤粉启动-运移规律,以捞砂煤粉为研究对象,通过控制不同相流(液固两相、气液固三相)控制煤粉产出,开展多相流条件下不同粒径(小于0.075 mm、0.075～0.25 mm、0.25～0.85 mm、大于0.85 mm)煤粉启动-运移试验模拟,分析流量、压差、管道倾角、粒度等因素对煤粉启动-运移的影响。研究结果表明:液固两相流下,随着液体流量逐渐增大,煤粉由静止状态向滑动—间歇滚动—滚动—层移—层移+悬移—悬移状态逐渐过渡。煤粉粒径越小,管道倾斜角度越小,启动流量越低;流量与压差呈现很好的线性关系,并受管道倾角影响;煤粉的粒径和管道倾角对煤粉的启动-运移难易程度具有重要影响,但二者的影响较为复杂,不同粒径煤粉的启动-运移流量与管道倾角之间并非简单的线性关系;不同角度下煤粉颗粒粒径(除大于0.85 mm大颗粒煤粉外)与启动流量关系可用一次线性关系表征,同时方程也可用于预测特定管道倾角下不同粒径煤粉对应的启动流量。气液固三相流下,煤粉启动-运移主要控制因素为流型,而流型受气液流量比和管道倾角影响,主要包括气泡流、塞状流、分层流、波状流、弹状流等流型,各流型携粉运移能力为气驱水分层流弹状流塞状流气泡流分层流;随气液流量比增大,压差先快速减小再趋于平缓,最终微弱反弹,管道倾斜角度越小,压差下降越快。     

搅拌器内部三相流场特性模拟研究

针对搅拌器内部复杂湍流流场特性研究对提高其工作性能的重要意义,应用标准k-epsilon湍流模型,基于欧拉-欧拉法描述固-液-气三相流,并采用VOF模型捕捉气-液自由液面,离散相零方程模型解算颗粒运动行为,对容积为9L的实验室型搅拌器内部多相流场特性进行了模拟研究。研究结果表明,桶体挡板能有效防止漩涡产生,搅拌器内部流场呈上、下两循环分布,且下循环流速高于中、上部区域;流体运动速度与搅拌强度和正相关性,在较小粒径范围内,颗粒运动速度与其粒径呈正相关性,但其速度差异较小。小粒径颗粒体积分数分布相对较均匀,增大搅拌强度有助于提高颗粒分散性。搅拌器内部流场数值模拟研究可为提高搅拌器工作性能提供理论指导和技术依据。     

煤液化热高压分离器煤粉漂移特性数值模拟与优化

为揭示煤液化热高压分离器（简称“热高分”）内的煤粉漂移规律,基于热高分的结构特性和多相流物性参数,建立物理模型,并采用VOF(volume of fluid)模型和DPM(discrete phase model)模型,数值分析进口液固两相中固相质量分数、颗粒粒径对煤粉漂移特性的影响。研究发现：在气液交界面处,煤粉颗粒平均质量浓度最大,并随进口固相质量分数的增加而增大;小颗粒对气流的跟随性好,故气相出口的煤粉漂移率与颗粒粒径呈负相关关系;当进口固相质量分数增大到7%以上时,对应同一颗粒粒径下煤粉漂移率基本不变。通过在热高分上部增加45°倾斜挡板,发现气相出口处煤粉漂移率从2.03%下降到0.88%。     

下降介质流影响下颗粒的分层机理

从固液两相流的动量方程出发,导出了在颗粒在下降介质流中的运动方程,分析得出：密度大的颗粒沉速大于密度小的颗粒沉速;粒径大的颗粒沉速大于粒径小的颗粒沉速,从而使不同性质的颗粒得以分层,进一步研究了不同性质颗粒在同一平衡层中的分布关系以及重介选效果较好的原因。     

气固喷射器收缩型喷嘴的仿真模拟及实验

为寻找影响气固喷射器喷射性能优劣的因素,基于颗粒轨迹模型对气固喷射器进行数值模拟,利用喷射器内部喷出颗粒数量、剩余颗粒数量以及颗粒运动轨迹对喷射性能进行分析,研究发现气固喷射器中收缩型喷嘴入口直径对喷射性能有一定影响。在仿真分析的基础上进行喷射实验,实验结果表明:当喷嘴入口直径处于20 mm时喷射效果最好,物料的平均喷射量达到3.37 m3/h,且喷射条件较稳定,基本符合气固喷射器生产能力的要求。     

水力旋流器在一段闭路磨矿作业中的应用实践

水力旋流器是一种高效的旋流分级设备，是基于离心沉降作用实现对物料的分离。水力旋流器具有设备结构简单、本身没有运动部件、成本低廉、占地面积小、处理能力大、物料分离过程时间短、分离粒度范围界限宽、分级效率高、基建投资少、维护检修方便、易于实现自动化控制等优点。所以，其广泛应用在固液分离、液气分离、固固分离、液液分离、液气固三相分离作业中。能够有效完成液体的澄清、浆料的浓缩、固体颗粒的分级分类与洗涤、液体除气与除砂以及非溶液之间的分离。由此，使水力旋流器能够在金属矿山、湿法冶金、油田、煤炭、非金属矿山等行业中广泛应用。     

高硫高砷金精矿三相流化床流动特征模拟

常温常压条件下基于欧拉模型, 利用Fluent软件对高1.6 m、内径0.09 m的高硫高砷金精矿三相流化床流动特征进行了数值模拟。模拟过程以空气为气相且为连续相, 液态水为液相, 密度为3.2 g/cm3、粒径为0.5 mm的高硫高砷金精颗粒为固相。模拟结果显示, 流场的压力从计算域的入口到出口逐渐降低,速度场的变化对气液固局部相含率的分布影响显著; 在径向上, 气含率(ε_g)从计算域中心往边壁降低, 在轴向上也逐渐降低; 固含率(ε_s)从计算域的入口到出口逐渐减小, 从计算域中心向边壁ε_s增加。模拟结果与实验结果一致, 可为合理设置气流速度以及金矿投放量提供依据。     

旋流器内液滴聚结机理的研究

旋流分离技术始于上世纪70年代。水力旋流器作为一种结构简单、操作方便、成本低、易于实现自动控制、分离效果较好的非均相分离设备在气-固、液-固、气-液、液-液等非均相物质分离过程中得到了广泛的应用。它是由一个短的圆柱筒和一个单锥或双锥简体形成一个旋流腔,并有一个或多个切向入口,两个轴向出口。图1为旋流器的工作原理示意图。混合物料由泵通过切向入口送入旋流腔内,从而在腔内高速旋转产生离心力场。在离心力作用下,混合物内密度大的分散相颗粒或液滴发生离心沉降,迁移到四周,从而沿着壁面向下旋动,最后作为底流排出。密度小的分散相颗粒或液滴则向中间迁移,并沿轴线向上旋动,最后作为溢流排出。这样就完成了具有密度差的两相的分离。