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。     

双余弦自吸气淹没喷嘴气泡粒径分布规律

根据引射吸气方式设计了一种双余弦自吸气喷嘴,为解析该喷嘴在不同操作因素下的气泡粒径分布特征规律。选择甲基异丁基甲醇(MIBC)作为起泡剂,利用图像分析法测量了不同起泡剂浓度、入流压力、喷嘴距、不同深度下的气泡粒径分布,分析了不同入流压力下喷嘴的吸气能力。结果表明:随起泡剂浓度的增大,气泡Sauter直径逐渐减小,当浓度达到临界兼并浓度0.112 mmol/L时,气泡粒径稳定于某个常数值,且入流压力越大,常数值越小,气泡粒径分布范围越窄,小气泡含量增大,如入流压力P=0.14 MPa时,气泡Sauter直径为0.32 mm,中间粒径气泡含量为40.73%;气泡直径随入流压力的增大逐渐减小,随喷嘴距增大逐渐减小,随不同深度增加线性增大,且药剂浓度达到临界兼并浓度时,减小(增加)趋势均变缓慢;吸气量随入流压力增大线性增大,且喷嘴距越大吸气量越大。     

喷射式浮选机射流搅拌装置流场分析及结构优化

以喷射式浮选机射流搅拌装置结构优化为目的,选用合理的CFD数值模拟计算方案,综合考查引射性能和流场特性两个指标,对面积比、喉嘴距、喉管长度、引射管布置方式和位置进行优化计算;设计了长喉管、短喉管、导流叶片喷嘴和无导流叶片喷嘴共4组不同结构参数的射流搅拌装置试验,考查并验证了喉管长度和喷嘴内导流叶片对引射能力的影响;采用激光粒子测速仪测试了喷嘴内导流叶片对射流流束形态演变的影响。结果表明:面积比a=1.96～3.24,喉嘴距L_e=0.2D_h～0.6D_h(D_h为喉管直径)、引射管采用双侧对称布置、喷嘴内设置导流叶片及喉管长度在6D_z～12D_z(D_z为喷嘴直径),射流装置的混合效率最理想,引射管布置位置对混合效率影响较小;喷射室压力在0.145～0.160 MPa时,喷嘴内设置导流叶片,长、短喉管吸气能力平均至少提高30.73%和33.94%,引射管全开时长喉管较短喉管的吸气能力高出15%以上。结构参数对流场的影响表现在,面积比增大及引射管靠近喷嘴出口布置,喉管内射流流束的中心速度衰减越快,喉嘴距变化对中心速度的衰减影响较小;喉管长度≤6D_z时,流束中心的流核一直持续到喉管出口,引射流体和工作流体在喉管内动、质量交换不完全;喷嘴内设置导流叶片,有利于流束中心的流核区减小,原因是流束以旋转射流的形式从喷嘴喷出,形成了更有利于工作流体与引射流体动、质量交换的湍流流场;基于理想的引射性能和流场特性,面积比a=3.24、喉嘴距L_e=0.6D_h、引射管采用双侧对称且正对流核区域布置方式、喷嘴内设置导流叶片及喉管长度在6D_z～12D_z为射流搅拌装置的最优结构参数。     

负压吸气式雾化装置参数优化及降尘试验研究

通过雾化粒度,射流速度和负压值性能试验测试负压吸气式雾化装置的关键参数,并通过因素水平分析确定了最优的参数取值范围,最后进行降尘试验测试。试验结果表明:增大射流压力能明显提高液滴雾化效果;雾滴D_(50)随喷嘴直径的增大呈先减小后增加的抛物线变化规律;雾滴速度随喷嘴伸出量的增加表现出先增加然后稳定减小的趋势。通过正交分析确定喷嘴直径3.5 mm,喷嘴伸出量3 mm为最佳参数;通过负压值测试分析确定射流水压3 MPa为最佳参数。通过和轴流喷嘴降尘效果对比得到射流吸气式混合雾化装置的雾粒粒径降低了54.73%,对全尘的控尘效率提高了20.78%,尤其是呼吸性粉尘控尘效率提高了40.24%。     

负压吸气式雾化装置参数优化及降尘试验研究北大核心

通过雾化粒度,射流速度和负压值性能试验测试负压吸气式雾化装置的关键参数,并通过因素水平分析确定了最优的参数取值范围,最后进行降尘试验测试。试验结果表明:增大射流压力能明显提高液滴雾化效果;雾滴D_(50)随喷嘴直径的增大呈先减小后增加的抛物线变化规律;雾滴速度随喷嘴伸出量的增加表现出先增加然后稳定减小的趋势。通过正交分析确定喷嘴直径3.5 mm,喷嘴伸出量3 mm为最佳参数;通过负压值测试分析确定射流水压3 MPa为最佳参数。通过和轴流喷嘴降尘效果对比得到射流吸气式混合雾化装置的雾粒粒径降低了54.73%,对全尘的控尘效率提高了20.78%,尤其是呼吸性粉尘控尘效率提高了40.24%。     

气泡发生器的改进设计及优化模拟研究

对于矿浆充气和气泡矿化,气泡发生器的性能将会影响矿物分选的效果,所以气泡发生器的结构设计及优化显得尤其重要。通过对气泡发生器结构及原理的研究,文章运用射流卷吸空气、伴随紊动搅拌有利于提高流体气含率的特征,并结合卡门涡街湍流形式,改进并模拟优化了一种气泡发生器,即"卡门涡街型气泡发生器"。经过实验模拟,相较于原始气泡发生器,改进结构对于气泡发生器喉管段湍流强度的提高具有较为明显的效果。     

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。     

瓦斯-细水雾输送管道90°弯管处压降研究

随着研究的不断深入,低浓度瓦斯-细水雾两相流体管道安全输送技术在煤矿中开始应用。为了弄清瓦斯气体管道输送时局部管件处的压力损失情况,对瓦斯-细水雾输送管道90°弯管处压降情况进行数值模拟和试验研究。结果表明:90°弯管处两相流体的压降随速度的增加而增大;随管径的增大而减小;随弯径比的增大而先减小后增大,最佳弯径比为2.8~3.2。90°弯管处的压降试验验证了数值模拟的结果。     

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。     

旋流—静态微泡柱分选方法及应用(之三) 射流微泡与管流矿化的研究

旋流—静态微泡柱分离方法采用射流充气方式,形成射流微泡。通过在气泡发生器后加一个矿化管段,形成了管流矿化。气泡发生器与矿化管段共同构成了旋流—静态微泡柱分离方法的管浮选装置。在完成充气的同时,管浮选装置主要用于矿化经过柱分离与旋流分离形成的循环中矿。1　射流充气原理与过程(图1)采用射流原理的气泡发生器结构包括:喷嘴、吸气室、喉管、喉管进口段、扩散管五部分。旋流—静态微泡柱分离方法采用循环矿浆(或入料原矿)作为射流工作介质,经过加压(压力在0.2MPa左右)的工作介质由喷嘴喷出后形成高速射流,其射流运动分成三部分:…     

开采薄煤层采空区瓦斯分布规律数值模拟研究

以数值软件Fluent6.23为研究手段,以峰峰矿区黄沙矿2 上 薄煤层开采为工程背景,对其采空区内瓦斯运移与分布规律进行了数值模拟研究,获得了采空区瓦斯运移与分布的特性规律。结果表明：采空区各分区内瓦斯运移与分布特性受工作面通风系统影响呈随分区孔隙率增加而增加的趋势,重新压实区几乎不受其影响;瓦斯运移速度随着孔隙率的增大呈增大趋势,计算收敛后模型内的重新压实区内几乎无瓦斯运移发生;采空区内瓦斯浓度分布分区明显,随分区孔隙率增加而呈减小趋势,且减小率呈非线性;采空区内高瓦斯浓度区位于回风巷侧的采动影响区后部和重新压实区内。     

坤达煤业3203工作面回采巷道支护方案数值模拟分析

以坤达煤业3203工作面为对象,采用数值模拟方法,分析了浅埋深矩形巷道在近水平煤层中采用锚杆索联合支护时的巷道围岩变形特征。结果表明,锚杆索支护后围岩破坏以顶板、底板、两帮表面中部最大,顶板破坏范围大于底板;巷道表面位移量在左帮、右帮和顶板都是随运算步数增大逐渐增加,增长趋势减缓,底板巷道稳定速度比顶板和两帮快;围岩位移量的变化趋势是随距巷道表面距离增大,变形量减小,减小速度由大变小,逐渐趋于零。但巷道整体位移量较小,说明锚杆索支护对巷道破坏产生了较好的抑制作用。     

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。     

喷射-搅拌耦合式浮选装置吸气机理研究

根据喷射吸气和搅拌吸气的特点,设计一种喷射-搅拌耦合式浮选装置。为研究该装置的吸气方式,对其吸气机理进行理论分析,并采用控制循环泵电机输入频率以调节喷射流量及控制液位的方法,分别对浮选装置的耦合吸气量与喷射流量的关系以及搅拌吸气量与叶轮转速的关系进行了试验研究。结果表明:搅拌吸气量随叶轮转速的增大呈二次函数关系增加,耦合吸气量随喷射流量的增加呈近似线性递增;受叶轮旋转和液位的影响,浅液位(hy≤140 mm)时,耦合及搅拌吸气区共同吸气;深液位(hy140 mm)时,搅拌吸气量很小甚至为零,主要为耦合吸气区吸气;低喷射流量(电机频率小于35 Hz)时,耦合吸气量随液位的升高先增大后减小,高喷射流量(电机频率大于30 Hz)时,随液位的升高而增大;而搅拌吸气量随液位的升高均急剧减小。最大频率50 Hz、最深液位230 mm时的最大总吸气量约为4.03 L/min,基本满足浮选吸气要求。吸气机理的研究为该装置的进一步分选研究提供理论参考。     

一种新型浮选柱发泡器生成气泡特性研究

在自行设计的浮选柱模拟系统中,对一种新型浮选柱微泡-逆流接触式浮选柱气泡发生器的发泡特性进行系统研究;以发泡器产生的气泡为研究对象,通过高速摄像记录仪获取气泡图像,采用图像处理软件对气泡直径及速度进行提取、统计,考察气泡发生器在不同充气条件下气泡密度及气泡尺寸分布特征,探索生成气泡的尺寸和速度之间的对应关系。研究结果表明,随充气量增大,气泡平均直径增大,气泡尺寸分布由变宽,微气泡数量减少;在充气量Q=4 L/min时,气泡尺寸分布比较均匀且产生充足的微气泡;气泡上升速度主要取决于充气量和气泡尺寸,通过试验数据分析,提出了该浮选柱气泡发生器生成气泡上升速度与尺寸之间的指数关系式。     

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。     

基于SHPB试验的多尺寸大理岩动态力学性能研究

为研究多尺寸大理岩的动态力学性能,基于SHPB试验采用理论分析、数值模拟、室内试验等方法深入分析了尺寸对大理岩动态力学性能的影响。通过室内试验和数值模拟,验证了LS DYNA中使用HJC本构模型研究大理岩冲击荷载作用下破坏过程、应力波形特征等的合理性;利用LS DYNA软件对同一长径比、3种不同直径的大理岩在4种不同冲击速度下展开研究。结果表明：大理岩动态强度随其直径的增加而减小,随冲击速度的增加而增大;在冲击压缩试验中,大理岩以沿轴向劈裂拉伸破坏为主,其破坏滞后于应力峰值,滞后于应力峰值的时间会随冲击速度的增加而减小;室内试验和数值模拟结果均表明,当压杆直径不变时,大理岩的尺寸对SHPB试验结果中大理岩动态强度具有重要影响,其动态强度随其长径比的增大先增加后减小。     

充填开采上覆岩体内部预计参数研究

为了准确预计风井井筒的采动变形,需要获得矿区充填开采岩体内部概率积分法的预计参数。采用数值模拟的研究方法,对充填开采引起的岩体内部移动进行了观测,获得了变形预计参数的变化规律。研究结果表明:充填开采的地表下沉系数、水平移动系数比垮落法开采分别增大了0.62%、10.03%,主要影响角正切值减小了33.86%;充填开采的岩体内部下沉系数随覆岩高度的减小而增大;水平移动系数随覆岩高度的减小呈现先减小后增大的趋势;主要影响角正切值随覆岩高度的减小而减小。充填法与垮落法开采的地表变形预计参数并不相同,岩体内部下沉系数的变化幅度受岩层的岩性和层位影响较大,主要影响角正切值的变化幅度受岩层岩性和层位影响较小。     

旋流器内空气柱形成与发展及其影响因素研究

采用数值模拟方法研究了空气柱的产生、发展过程,探讨了旋流器结构参数及操作参数对空气柱直径的影响。结果表明,空气柱形成和发展过程中,存在萎缩、消失的现象;不同时刻旋流器不同高度处空气柱的形状和大小不同;空气柱的直径随旋流器的底流管直径、溢流管的直径、锥角、进口流速、进口压力的增大而增大,随液体黏度的增大而减小。     

宽粒级煤泥浮选机循环量对马兰粗煤泥分选效果的影响研究

采用计算流体力学软件FLUENT对增设挡板后浮选机内流场进行了气液2相数值模拟。通过对矿浆循环量、气泡轴向速度、湍流强度的分析得出:循环量改变后浮选机流场更加合理。最后使用不同挡板面积的浮选机做了浮选试验,试验结果表明:减小高位循环量后,精煤产率增幅最高可达7.57%,尾煤灰分提高了8.46%。