气力提升管三相流中气相状态对固相运动影响

钻孔水力开采中利用气力提升系统对地下矿浆进行提升时,气体状态(气相值的大小及其运动特性)对矿浆中矿石的运动及其提升效率将会产生重要影响。基于三相流理论和气泡动力学理论建立了提升管中固相运动速度模型,以陶瓷球形颗粒模拟矿石,利用自行设计的小型气力提升系统实验研究不同运行参数(气量值、淹没率)对颗粒提升量的影响,采用高速摄像技术获取不同气量值下管内气-液-固三相流运动图像序列,通过图像处理技术分析气相对固相运动的影响机理并与实验结果相佐证。结果表明:不同气量值下,气泡对颗粒的作用程度及作用形式并不相同;当气量值较小时,液体对颗粒运动影响较大,此时颗粒数量少、速度低且多随气-液混合相沿管壁位置提升;随气量值的增加,气泡对颗粒及液体提升作用明显,固-液混合相浓度及提升速度均趋于最大值并整体向管芯运动,相对于管壁,管芯处颗粒提升速度较大,此时管内整体呈不规则螺旋上升;持续增加进气量,气体流速过高,管内紊动加强,颗粒非连续提升且固-液混合相浓度显著降低。与淹没率相比,气量值的变化对管内固相运动的影响更为显著。实验结果与理论分析吻合较好,对钻孔水力开采工程应用具有指导意义。     

电选摩擦器气体流动及单颗粒运动特性研究

为研究电选摩擦器内气固运动特性,建立了三种摩擦棒不同分布特征的摩擦器数学模型,运用标准k-ε湍流模型及颗粒轨道模型,对摩擦器内气固两相流流场进行了数值模拟,主要研究了气体相对压力场、相对速度场分布情况;并以粒径为10、40、74μm的球形颗粒为研究对象,分析了编号43的单个颗粒运动情况。研究结果表明,摩擦棒对气体流动过程的干扰作用明显,摩擦棒间距对气相流场分布影响很大;摩擦棒背部的负压区和回流区面积沿气体运动方向逐渐增大;摩擦棒分布特征和粒径对摩擦器内颗粒速度变化趋势影响大,颗粒粒径与运动轨迹长度成正比,与速度成反比。     

袋式除尘器内部湍流流场数值模拟研究

袋式除尘器内部有着复杂的湍流流场,形成的漩涡回流易造成尾部滤袋磨损和破坏。针对这一问题,利用CFD软件对袋式除尘器内部湍流流场分布进行了数值模拟。通过设置入口速度等边界条件,采用k-ε湍流模型模拟气相流动,分析了袋式除尘器内部各处速度流场、气体流场轨迹的情况,为袋式除尘器的改进和设计提供了理论依据。     

上升流场颗粒分离的PIV测量

利用建立的PIV系统对上升流水力分选机内颗粒分离的两相流场进行了测量和分析,揭示了各个区域的流场流态、液相的速度分布、固相颗粒的运动规律以及涡量场的大小,不仅可为重力分选的理论研究工作提供一定的参考,也检验了采用此技术对流场分析的可行性。     

基于数值模拟的矿井火灾虚拟再现方法研究

研究了虚拟现实技术与CFD技术耦合原理,提出了利用数值模拟结果真实再现矿井火灾场景的方法。在矿井火灾流场中引入了离散颗粒相,利用颗粒位置、速度、温度参数控制虚拟环境中烟气的运动特征和色彩特征。以综采工作面及联络巷道为模拟场景,再现了矿井巷道火灾烟流流动现象。     

水力提升管道内两相流运动的运动学仿真计算

为研究水力提升系统中固液两相流的运动规律,提高管道水力输送的安全性,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,通过对大颗粒在水力提升管道中的运动进行受力分析,得出其动力学方程,利用Gambit软件生成三维提升管道模型,并利用Fluent软件对在管道中的两相流流动进行了数值模拟。得出了两相流流场的速度分布规律以及颗粒轴向速度、径向速度等各种运动参数;研究发现两相流流速沿管径呈梯度分布,大颗粒的轴向速度沿直径基本呈抛物线分布,径向速度沿管径基本保持正态分布。     

带射流方腔内气固流动实验与模拟

使用PIV实验和数值计算研究了壁面射流下主流中的100μm颗粒运动分布。在气固两相主流中引入一股不含尘气流,能够影响颗粒在流道内的分布,形成沿流动方向和高度方向的不均匀分布。结果显示:射流速度越高,流场中心低浓度颗粒区域越大,射流孔后位置越远,流场中心低浓度颗粒区域越大,但壁面附近浓度增加。改善小颗粒的主动流动控制手段,为设计出高效的惯性粒子分离器提供依据。     

颗粒粒径对深海采矿矿浆泵性能的影响

为掌握矿浆泵内部颗粒的运动规律,考虑颗粒的体积效应和相内碰撞效应,应用CFD?DEM耦合算法,对扬矿模型泵内的粗颗粒?海水两相流实施了双向耦合非定常流动计算,分析了不同粒径的颗粒在矿浆泵内的空间分布和运动特征.研究结果表明:采用两相耦合的求解方式可以较好地模拟矿浆泵内的两相流场特性;流动域内颗粒浓度略高于管线平均值,叶...     

瓦斯输送管道内细水雾颗粒运动及沉积模拟研究

通过建立瓦斯气体流动模型、细水雾颗粒运动模型,在拉格朗日框架下对细水雾颗粒在瓦斯输送管道内的运动及沉积过程进行追踪。对数值模拟结果分析可知,混合流场在喷嘴两侧分别作顺时针、逆时针运动;细水雾颗粒沉积率在1.5m处达到最大值,在5m以后基本处于稳定状态。通过研究分析,为认识细水雾的运动及沉积规律,解决输送管道内喷嘴安装距离问题提供了一定的理论依据。     

水力旋流器内固相颗粒径向运动规律的预测模型

利用新型激光测量仪器——粒子动态分析仪对水力旋流器中固粒的径向运动规律实测研究的结果,得出了固相颗粒径向速度沿径向分布的数学模型,在综合考虑水力旋流器结构参数、操作参数及进料物性参数等重要影响因素后得出固相颗粒径向运动规律的准数方程。本研究所得的模型为预测固相颗粒在水力旋流器中的径向运动规律提供了依据,并为水力旋流器的分离机理及其应用的深入研究提供了理论基础。     

前混合水射流喷嘴结构参数及流场数值模拟

应用FLUENT软件,对影响前混合水射流喷丸喷嘴出口10 mm处离散相轴向速度的喷嘴几何参数中圆柱段长度、收敛角和扩散角进行正交试验,并对喷嘴内外流场中连续相和离散相的运动规律进行了系统分析。结果表明:影响离散相在喷嘴出口10 mm处轴向速度的主次因素排序为:圆柱段长度、扩散角、收敛角;连续相和离散相具有相似的运动规律,在内流场,两者轴向速度分为3个加速段和1个减速段;在外流场,核心段连续相轴向速度基本不发生改变,离散相下降缓慢,此段为喷丸最佳靶距范围;此后连续相和离散相轴向速度近似均匀下降,下降速率明显大于核心段。     

基于CFD模拟的蜗壳式旋流器的研究及应用

采用计算流体动力学软件对蜗壳式旋流器进行气相数值模拟和气固两相流数值模拟,深入研究了旋流器的内部流场分布和颗粒运动轨迹,得到蜗壳式旋流器内部流场速度和压力分布规律。将蜗壳式旋流器应用到松软煤层空气钻进除尘和泡沫钻进消泡工艺中,取得了良好的使用效果。     

浸出设备内部流场研究

对机械搅拌槽和流态化浸出器内固液两相流动进行了数值模拟研究,应用标准k-"模型及RNG k-"模型计算内部湍流运动,分析了不同转速、不同液固比条件下两种设备内部流场特性。结果表明,料桨速度随转速及固液比的增加而增大。研究表明,应用计算机模拟能详细直观的得到不同条件下的流动参数,表现出流动规律。     

铁水连续预处理涡流反应器的优化运行研究(Ⅱ)

铁水预处理技术中反应器的设计至关重要。本文采用k-ε湍流模型与颗粒随机轨道模型相结合的两相流动模型,建立了铁水、反应剂的两相流动模型;采用数值模拟的方法研究了涡流反应器内的铁水、反应剂的两相流动特征;揭示了颗粒喷入位置、喷入速度、铁水流速、铁水流量等参数对反应器内两相流动、混合的影响。为连续处理工艺所需反应器的优化设计及工艺过程的研究与实现打下了基础。     

基于数值计算的浮选机内颗粒流动行为研究

浮选机内矿浆动态流动性能研究对于优化浮选机具有重要意义。利用CFD数值模拟方法研究了浮选机内矿浆动态流动特性,并讨论了不同粒径矿石颗粒的分布特点,矿浆的动态流动并未破坏浮选机的循环流场结构,固相颗粒也形成了循环特征流场。单一固相粒径分析表明,随着给矿粒径的增加,浮选机槽底的沉积现象加重。多固相粒径分析表明,浮选机对不同粒级颗粒的提升能力和搅拌混合能力是不同的,为提高粗颗粒的回收能力,需要提高颗粒的提升高度。     

高翼螺旋钻杆内部气固两相流动数值分析

为了揭示高翼螺旋钻杆内部气固两相流动规律,采用Euler-Euler模型,对高翼片螺旋钻杆颗粒输运过程进行气固两相流数值计算,得到高翼片螺旋钻杆在不同转速下内部气体和颗粒两相的速度和压力分布规律。数值计算表明,在400 r/min时,截面内部速度分布和压力梯度均匀,转速为600 r/min时,在轴向中间截面产生压力不连续现象,截面内局部发生压力突变,此时内部流场分布紊乱。螺旋钻杆内部压强由进口到出口呈近似线性增长的趋势,转速越高,压力梯度越大,进出口压差也就越大,随着转速增大,螺旋钻杆中间截面速度依次增大,且静止域中速度明显高于旋转域的速度分布。随着转速增大,颗粒相速度依次增大,颗粒相的最大速度小于连续相最大速度。当转速为400 r/min时,颗粒相主要分布在静止域转筒壁面附近,螺旋钻杆内部颗粒分布较少,在惯性力作用下颗粒贴附在螺旋钻杆壁面螺旋推流,颗粒体积分数较为均匀,推流效率较高。当转速为600 r/min时,静止域内部中间位置转筒壁面附近颗粒体积分数较高,螺旋钻杆内部气固两相流动分布极不均匀,表现出显著的气固两相流动不稳定性。     

基于CFD立式离心分选机的内部流场数值模拟分析

针对离心选矿机内部流场分布、颗粒无规则运动等问题,构建矿机内部三维流场域模型,并结合有限元理论借助CFD对分选腔内物料的分布规律进行数值模拟研究。结果表明:分选区间存在一种水力特征流态效应对细粒分选具有强化作用;通过模拟富集槽内轻重颗粒运动规律得出影响分选效率的主要因素集中体现在富集槽的截面形状不同,设计了一种双弧形壁面缩短了选矿恶化时间周期,为进一步优化立式离心分选机结构参数及查明流场特征及其规律提供相应的理论指导。     

突出煤-瓦斯在巷道内的运移规律

以煤与瓦斯突出过程中煤-瓦斯两相流为研究对象,利用自主研发的煤与瓦斯突出动力效应模拟试验装置进行了巷道中突出煤-瓦斯两相流试验研究,通过试验观察将煤颗粒的运动过程分为加速、平衡减速及沉降等运动阶段,并综合运用固体颗粒在气流中的悬浮运动机理和能量守恒定律,建立了一维情况下突出煤在巷道中的运移数学模型。通过模型计算分析得到,突出煤颗粒运移距离随初始气流速度的增大呈增大趋势,随颗粒粒径的分布规律由于其符合的流动状态不同而不同。     

基于颗粒流方法的矿井突水溃沙模拟研究

通过格子Boltzmann方法对裂隙岩体水沙两相流动规律进行理论分析,研究颗粒在裂隙中的运动规律,通过格子Boltzmann方法处理两相流的边界问题,建立了裂隙岩体水沙两相流动的格子Boltzmann模型。利用颗粒流软件数值模拟裂隙溃沙,分析了沙粒进入裂隙后裂隙宽度、裂隙倾角等因素对颗粒运动规律的影响。     

垂直管道内粗颗粒运动特性数值模拟

为研究深海采矿管道提升系统中颗粒的运动规律, 采用数值模拟的方法对不同粒径、不同入射位置的单个颗粒及单一粒径和混合粒径颗粒群的运动规律进行了研究。结果表明, 颗粒输送速度随着颗粒粒径增大而减小; 从管道中心到壁面, 颗粒速度逐渐减小; 颗粒群输送颗粒存在一定程度的碰撞, 输送的能量损失更大。得到了垂直管道内颗粒的运动规律, 对颗粒输送速度、碰撞、能量损失等进行了量化分析。对未来深海采矿水下输送系统设计有一定参考意义。