湍流场中浮选颗粒-气泡脱附行为的尺寸效应研究

湍流诱发浮选颗粒-气泡脱附已达成广泛共识,但湍流场中颗粒的脱附行为机制仍未明晰。传统离心脱附理论认为当颗粒所受离心力大于毛细力时颗粒从气泡表面脱附,忽略了颗粒重力对浮选颗粒-气泡间稳定性的影响,且未考虑不同尺寸颗粒间的脱附行为差异。采用自制的微流体通道湍流槽探索了湍流涡中不同尺寸颗粒的脱附行为,运用Image-Pro Plus图像处理软件对颗粒脱附过程的动力学参数进行测量分析。结果表明,粗颗粒(2.0 mm)质量大,颗粒在气絮体升浮阶段发生直接脱附;而中颗粒(1.0 mm)和细颗粒(0.5 mm)质量小,气泡会带动颗粒由湍流槽底部向湍流涡中心旋转迁移,同时颗粒在气泡表面高速旋转发生离心脱附。此外,颗粒稳定性分析表明传统邦德(B_O^*)模型并不能对湍流场中的颗粒-气泡气絮体稳定性进行准确判断,颗粒易受湍流涡加速或气泡振荡的影响,导致颗粒脱附时邦德数在1左右波动。     

辉钼矿在微波场中的升温特性及焙烧测试

考察了辉钼矿在微波场中的升温行为,探究了物料量、物料厚度以及微波功率对辉钼矿升温行为的影响。研究结果表明,辉钼矿具有良好的微波吸收性能,其升温过程可分为3个阶段;物料在微波场中升温与微波功率呈正比,而与物料厚度和物料量成反比。在本试验范围内,微波功率0.5 k W条件下,18 min后可将130 g辉钼矿加热至800℃。由焙烧产品的表征结果可知,本试验得到了特征良好的焙烧产品;微波氧化焙烧辉钼精矿制备高纯度三氧化钼是可行的。     

煤颗粒在溶剂中的溶胀特性与动力学研究

为了研究油煤浆预热过程中煤颗粒的溶胀特性与动力学,以无水乙醇、循环溶剂、四氢萘作为溶剂,采用位移传感器溶胀测量装置,研究煤样在不同溶剂中的溶胀特性与动力学。研究结果表明:煤样在乙醇中的溶胀试验重现性较好,装置较稳定;煤样在循环溶剂、四氢萘中的溶胀比随温度升高而增加,当温度升至315℃时膨胀比达到最大;基于试验建立的溶胀动力学模型,可以扩展应用于拟合煤样在循环溶剂和四氢萘中程序升温过程的溶胀数据,其拟合决定系数较高,拟合效果较好。     

颗粒级配对溜井放矿矿石混合特性的影响

将放出混合矿样的中值粒径(d₅₀)与放矿前初始中值粒径(d₅₀′)的差值与d₅₀′的百分比定义为中值粒径偏析量(MDS),并将其作为矿石混合特性的定量评价指标。以湖北金山店铁矿主溜井放矿过程为背景,借助相似试验与数值模拟,采用TFe品位在24.75%～59.21%的7种铁矿石,以及粉矿含量为11%～19%对应的5种颗粒级配,组成35种不同品位的矿石级配方案,研究主溜井放矿过程中矿石的混合特性。结果表明:相似试验与数值模拟所得结果吻合性较高;同一级配方案下,不同品位矿石放矿计算得到中值粒径偏析量的变化趋势基本一致,随着入井矿石品位升高,MDS均不断减小,矿石混合均匀性越高;同一品位、不同级配下,级配中粉矿含量占比不断增大,MDS表现为先减小后增大,矿石混合情况首先变好逐渐变差;粉矿含量为13%对应级配方案下,MDS最小,矿石混合情况最优;MDS能对溜井放矿过程中矿石的混合特性进行有效评价。     

基于颗粒级配的密封黏液制备及应用

为了解决瓦斯抽采钻孔围岩次生裂隙漏风而引起抽采后期瓦斯浓度急剧降低的难题,现场实测了钻孔周边煤岩裂隙及其尺度的分布特征,提出了裂隙封堵的颗粒级配黏液封堵材料制备方法。通过优选固相颗粒,同时以羧甲基纤维素钠为主料,以聚丙烯酸钠、明胶等为辅料制备了内掺级配颗粒的封堵黏液,测定了新型封堵材料的黏度、保水率、膨胀性等特性参数,并在现场进行了应用验证。结果表明,该新型内掺级配颗粒的黏液封孔材料稳定性好、黏性适中易注浆、膨胀率大,且与煤壁润湿接触性好。现场应用显示,相较于水泥基封孔材料可将钻孔平均瓦斯抽采浓度提高近40%。以此为基础,探讨了级配黏液对裂隙的封堵机理主要在于颗粒的桥堵堆积、支撑作用、膨胀堵塞及黏液滞留效应。     

螺旋槽管的强化传热及在锅炉空预器上的应用

详细分析了螺旋槽管强化传热的机理及其换热特点 ,关成功地在 75t/h煤粉锅炉空气预热器改造上得以应用。其节能、防磨、防低温腐蚀效果明显 ,具有一定的推广价值     

仲钨酸铵在微波场中的吸波特性和升温特性研究

研究了仲钨酸铵在微波场中的吸波特性和升温行为,采用微波谐振腔法对仲钨酸铵的吸波特性进行测定。研究结果表明:仲钨酸铵在频率2.450 GHz的微波场中具有良好的吸波特性。在微波功率1 000 W、物料量12 g的条件下,仲钨酸铵在微波场中煅烧25 min后,温度达到980℃,平均升温速率为70℃/min,仲钨酸铵在微波场中升温与微波功率成正比关系。     

酸溶性钛渣在微波场中的升温特性研究

以酸溶性钛渣为原料,探讨酸溶性钛渣在微波场中的升温特性,通过对酸溶性钛渣进行微波加热及保温处理,考察在不同微波加热温度及保温时间条件下,对酸溶性钛渣微波改性后样品二氧化钛品位及硫、碳含量的影响。结果表明:提高微波加热温度与增加保温时间,有利于物料在微波场中氧化更加彻底,低价钛与铁及铁的氧化物的氧化反应使得总量增加而二氧化钛含量相对下降,同时也实现了酸溶性钛渣在微波场中较高的脱硫率与脱碳率。     

钒钛磁铁矿球团颗粒在回转窑中的运动过程模拟及特征分析

对钒钛磁铁矿矿料颗粒在回转窑中的运动行为进行了模拟研究,结果表明,颗粒在下滑后又上升的过程中会出现概率累积,形成离散料堆现象,使矿料颗粒沿轴向波动式分布,反应区域内可分为9个波动周期,平均周期长度0.666 m。结合吸热还原反应焓变的计算结果可知,单个周期内能量波动幅度占反应焓变平均值的29.79%,在反应时间500 s内,单个周期内的平均波动能量为 = 25.58 MJ,容易引起能量失稳。可通过对矿粒球团采用细煤粉附着配碳和外配碳球团混合的方式进行直接还原铁生产,以削弱能量波动,缓冲局部过热,使还原过程顺利进行。     

串级调控系统的优化及在焦炉加热中的应用

焦炉的加热过程是单个燃烧室间歇、全炉连续、受多种因素干扰的热工过程,是典型的大惯性、非线性、时变快的复杂系统.论述了焦炉加热串级调控计算机优化控制的数学模型的建立与系统应用.     

煤粉射流中颗粒团的传热及其对着火行为的影响

建立描述煤粉射流中典型尺寸颗粒团的传热及着火过程的瞬态数学模型,考察其在高温环境中的升温特性和着火行为。模型计算发现,颗粒团的升温过程与颗粒团尺寸明显相关,对流换热份额随着颗粒团当量直径Dc的增加而下降。在火焰温度Tf=2 000 K、烟气温度T)s=1 400 K的条件下,对于D_c=3 mm的颗粒团,对流换热量Q_(conv,sc)占总换热量的86%;Dc=10 mm时,辐射换热量Q_(rad,fp)占到60%;而D)c≈8 mm时,对流换热与辐射换热量相近。火焰辐射温度T_f的升高降低了对流换热份额,并使得Q_(conv,sc)=Q_(rad,fp)对应的临界D_c,即D_c*减小。T)f对D_c较小的颗粒团的加热和着火影响较小,对D_c较大的颗粒团的影响明显。烟气温度Ts升高时,对流换热份额升高,D_c*增大。T_s在D_c较小时对着火时间影响较大,而D_c较大时影响不再明显。煤粉浓度增加时,颗粒团着火时间先明显下降,在0.6~0.8 kg/m~3的范围内达到最小值,而后随着煤粉浓度的进一步增加而略微增加。     

热害矿井掘进工作面换热特性

为量化热害矿井掘进工作面的换热特性,根据其通风和换热特点,以掘进工作面冲击射流换热系数的影响因素关联式为基础,结合工程实践中常见参数对换热系数影响因素进行了1∶1的ANSYS数值模拟试验和1∶3的室内相似模拟实验。结果表明:模拟和实验结果在数值范围和变化趋势两方面吻合程度都较高。对数值模拟和实验结果进行回归分析,得到了掘进工作面冲击射流换热系数影响因素关联式的具体形式。数值模拟和实验结果回归分析式的相关系数分别为0.925和0.944。     

采空区氧化-升温耦合模拟相似准则及传热相似性研究

氧化升温规律是衡量采空区内自燃的重要指标。使用相似材料在室温下进行采空区升温规律相似实验是制约采空区温度场实验发展的瓶颈。根据采空区氧化升温耦合数学模型,导出了保证温度场相似比为1的相似准则,研制出了一种与煤氧化机理相似度极高的自热型相似材料,并通过DSC-TG联用实验和程序升温实验,对相似材料的放热特性、耗氧特性、活化能的变化及其与煤的传热相似性进行了实验研究。研究表明:相似材料与煤的氧化机理相似,且在室温下就开始放出大量的热,放热量可以达到煤的4.5倍,耗氧速率是煤的120倍,添加自热材料使得煤的活化能降低了20~30 k J/mol。相似材料在动态采空区实验中的应用结果表明,采空区升温规律实验值与模拟值及实测值基本吻合,可以从氧化升温耦合的角度对采空区升温规律进行模拟研究。     

气流速度和湍流强度随时间变化的PIV测量

通过使用粒子图像测速法（PIV）测量手段,对垂直方形管道内喷粉过程中产生的气流速度和湍流强度进行了测量,并对测量数据进行了分析讨论。通过计算得到了气流速度和湍流强度随时间的变化曲线。结果表明,管道中气流平均速度在喷粉结束之前与时间基本成线性增加。喷粉结束后,气流平均速度急剧减小。水平方向和垂直方向的湍流强度在喷粉结束后0~350 ms内均成负指数衰减,350 ms后管道中湍流强度随时间变化较小。     

煤层水力割缝喷嘴特性的数值研究

针对圆锥收缩型喷嘴内的液固两相流动,采用标准k-ε湍流模型和分散颗粒群模型对喷嘴内的流场进行三维数值模拟。分析了喷嘴内液固两相的加速过程,并研究了出口直径为1.6 mm的喷嘴结构参数（圆柱段长度、收缩角）对磨料加速效果的影响。计算结果表明：圆锥收缩段与圆柱段交界处附近沿轴线方向的压力梯度可高达1 GPa/m,是高压流体和固体颗粒加速的重要区域;为了使磨料颗粒获得较好的加速,圆柱段长度应不小于8.75倍喷嘴出口直径,收缩角应取10°左右。     

移动床中热气体渗流传热与煤热解过程的数值计算

采用热气体对燃烧前的煤颗粒进行渗流炽热预处理,通过理论分析和计算的方法研究移动诃内热气体渗流加热对煤热解反应过程的影响,建立多孔介质渗流传热传质与煤质热解反应相互作用的物理数学模型,研究不同情况下床内颗粒料层中气固温度和煤热解挥发分析出浓度的分布规律,计算结果表明,移动床内煤的热解反应与渗流传热过程密切相关,增大入口渗流速度以及减少给料量,导致热渗透我域扩大,热作用区域内的煤层温度水平提高,热解反应区段向床方向偏移,在热解反应区域,孔隙率对流传质和煤热解过程中有很大的影响,研究结果,对于移动床煤热解反应装置的设计与运行具有一定的参考价值。     

掘进工作面冲击射流换热特性

针对高温矿井掘进工作面的通风和换热特点,运用量纲分析法,得出掘进工作面射流冲击换热系数的关联式,结果表明,射流冲击换热无量纲Nu与Re、巷道特征直径D、风筒直径d和风筒出口距工作面断面的距离H有关。采用ANSYS软件对特定巷道的不同风流雷诺数Re、风筒直径d和风筒出口距工作面断面的距离H的216种组合方式下的换热情况进行了模拟。模拟结果回归分析表明：当D/d为5.60时,Nu与Re,H/d之间的关系式符合Lorentzian模型;当D/d为4.20和3.36时,Nu与Re,H/d之间的关系式符合抛物面模型,相关系数R2 分别为0.882 2,0.699 0和0.875 4。     

高温铜渣颗粒流换热CFD模拟研究

采用CFD模拟技术研究了铜渣颗粒流余热回收颗粒塔工艺内冷却段气固传热性能和料层阻力特性,分析了颗粒塔内气固温度、压力、换热区间以及换热时间等工艺参数的变化规律。结果表明,冷却空气进入颗粒塔穿过球形铜渣时发生快速强制对流换热过程中,颗粒塔内压降梯度变化大于温度梯度变化;气速越大,换热区高度越小,10 m/s气流速度对应换热区高度仅为0.85 m, 4 m/s气流速度对应换热区高度为1.4 m;换热运行时间随气流速度增大而减小,10 m/s气速对应换热运行时间最短仅为30 s, 4 m/s气流速度对应换热运行时间最长为135 s;增大气流速度有利于强化颗粒塔内气固的换热效果,提高换热量,10 m/s气流速度对应的换热量最大为7.0×10⁷ W。     

乳化器内部流场的数值模拟与分析

对乳化液自动配比装置的关键元件--乳化器流场--进行了仿真研究,在Fluent软件平台上,选择欧拉多相流模型和Renormalization Group(RNG)k-ε湍流模型模拟乳化器内部流体在不同流速下的流动状态,同时对模拟结果进行了分析.验证了在水的流动速度为0.5 m/s时,乳化效果较好.     

密闭空间煤粉气动分散湍流对爆炸参数的影响规律

采用自行设计的20 L长径比1∶1圆柱形透明有机玻璃罐、铸铁爆炸实验罐及对称式双喷头气动喷粉分散装置,研究了气动湍流强度、煤粉粒径及其爆炸特性,获得了不同实验条件下煤尘的爆炸特征参数,并给出了定量评价。实验结果表明在不同气动分散作用下,湍流均方根速度Urms测得1.1~6.2 m/s,平均湍流积分尺度在40~72 mm,雷诺数在8 000~16 300;爆炸超压峰值随湍流均方根速度呈线性增长,而爆炸超压上升速率Urms在1.1~3.5 m/s范围增速明显,Urms在3.5~6.2 m/s范围增速变缓。较大的湍流强度虽然具有加速煤粉与空气充分预混及自身反应,但同样导致对煤粉粒径间的传热传质效率下降;由最大有效燃烧速率理论计算与实验结果对比,也间接性的验证了实验结论的一致性。