电石渣提纯用水力旋流器的设计及优化

根据电石渣颗粒不同粒径范围内Ca(OH)2的含量,确定分离目标粒径和水力旋流器的结构尺寸。利用FLUENT软件中的多相流模型和离散相模型进行流场和颗粒运动的仿真,验证水力旋流器提纯电石渣的可行性,并对水力旋流器的结构进行优化。结果表明,利用水力旋流器对电石渣颗粒进行提纯具有一定的效果;通过对水力旋流器的结构进行的优化,增加了环形齿和中心柱,使其具有更好的分离性能。     

CFD技术在旋流器设计方面的应用

利用CFD技术对旋流分离器进行了数值研究,探讨了适用于旋流器的计算模型,包括紊流模型,多相流模型的选取和内部空气柱的计算方法。以锥形旋流器为例进行了数值计算,获得了旋流器的内部流场细节,对于旋流器的优化设计以及分离性能预测有着重要的指导作用。     

水力旋流器现象模型：粒子运动的数值解及验证

描述水力旋流器内多相流动的流体动力学方程组是现象模型的基础。该模型能适应较宽的工作范围,更重要的是在模型中包括了设备的几何尺寸。建立模型的工作包括预估水流的三维速度、湍流强度、固体颗粒与水流的相对速度,并最终定出分离效率。本研究在75mm水力旋流器中用激光多谱勒速度计(LDV)测量了水相的速度分布,并通过纳维尔—斯托克斯(Navier-stcks)预算了水流的三维速度,预测的速度分布与实测结果相当符合。接着,考查颗粒的受力平衡,用代数逼近法(algebraic slip approach)求出颗粒与水流的相对运动,同时从一系列单一粒度颗粒的运动导出了分离效率曲线。     

不同安装角重介旋流器内流场的数值模拟

运用了计算流体力学(CFD)的方法,采用混合多相流模型(Mixture)结合雷诺应力模型(RSM)用来描述旋流器内介质的流动以及空气柱的变化,用拉格朗日颗粒追踪模型(LPT)来模拟颗粒的流动状态。在之前研究的基础上,对直径为1000 mm的重介质旋流器(DMC),通过改变其安装角度(-60°~90°)进行气一液一固的多相流动模拟,并分析不同安装角度对重介质旋流器内流场的影响。研究结果表明,安装角度的不同会影响重介质旋流器的分离性能,当安装角度从-60°增加到90°时,操作压力显著减小,密度偏差和溢流分流比都显著增加,通过流场分析得出在安装角度为10°左右时,流场稳定且DMC分选效果更佳。     

高浓度条件下水力旋流器的分离粒度

在水力旋流器内运动的颗粒受到多种力的作用。在高浓度条件下,颗粒之间相互作用的离散力将超过水流对颗粒的曳力,成为影响分级过程的主要作用力。本文将拜格诺(Bagnold)的离散力引入水力旋流器内颗粒的受力分析。提出了以离心力-离散力为基础的分离粒度计算公式。试验结果表明,所得公式可以用于高浓度条件下水力旋流器处理细粒物料的分级过程。     

锥角对水力旋流器流场及分离性能影响的数值试验研究

为了考察锥角对水力旋流器内部流场和分离性能的影响，针对实验室[?]50 mm水力旋流器，采用Fluent软件中RSM湍流模型、VOF和Mixture多相流模型进行了系统的数值试验研究。流场模拟结果表明，在相同操作条件下，增大锥角，空气柱直径增大，湍流强度增加，压强和压强梯度均明显增加，从而导致整体能耗增加；切向速度随锥角增大明显升高，轴向速度变化不大，但LZVV逐渐向器壁移动，分流比逐渐降低。颗粒分离模拟结果表明，增大锥角会导致分离粒度增加，各粒级分离效率降低；小锥角容易造成“底流夹细”现象，大锥角容易引起“溢流跑粗”现象。研究结果为水力旋流器锥体的结构选择和设计提供了参考。     

卧式离心沉淀分级机在湿式分级中的应用

一、采用离心分級机的理由目前,矿物选别的湿式分级大多数采用水力旋流器。水力旋流器的优点是:结构简单,生产费用少,占地面积小和生产率高。但是,它只适用于10～12微米以上的颗粒分离。分离更细的物料,虽然也可采用水力旋流器,但必须选用直径很小的旋流器,因此,单机生产能     

对称双进口旋流器流场特征及分离性能

传统单进口旋流器存在流场不稳定、分离精度低等问题。创新旋流器结构、优化流场性能、提高分离 精度是当前旋流器应用的迫切需求。为了解决传统单进口旋流器对流场冲击大而引起的流场波动不稳定问题，提 出了一种对称双进口旋流器结构型式。采用数值模拟方法，通过 RSM 湍流模型、VOF 和 Mixture 多相流模型，对两 种进口结构的旋流器流场特征及分离性能进行了对比研究，结果表明：对称双进口旋流器的零速包络面和旋流流 场更加均匀，可以为颗粒迁移运动创造更加稳定的分级、分选条件；对称双进口旋流器流场静压、湍动能、轴向速度 和切向速度比传统旋流器均有不同程度的提高，其中对分离起主导作用的切向速度最大值提高了 16.90%，有效增 大了离心强度，强化了分离效果；入口速度为 7.5 m/s 时，10 μm 微细颗粒溢流分级效率较传统结构提高了 4.82 个百 分点，15 μm 微细颗粒溢流分级效率较传统结构提高了 11.34 个百分点。研究结果对丰富旋流器结构型式，进一步 提高旋流分离性能具有一定的指导意义。     

结构参数对水力旋流器分离性能的影响

采用雷诺应力模型对水力旋流器内水相流场进行了数值模拟,在此基础上利用颗粒随机轨道模型模拟泥沙颗粒相,在模型中考虑了颗粒由于湍流脉动而引起的扩散。并讨论了水力旋流器溢流管、底流管、筒体和锥角等结构参数对颗粒分离效率和压力降的影响。计算结果表明,不同结构参数的水力旋流器的颗粒分离效率和压力降有较大差别,在实际应用中,应根据不同要求选择合适参数的水力旋流器。     

双锥结构设计对旋流器流场特性与分离性能的影响

复合锥旋流器的分离性能通常优于单锥旋流器,但锥段组合方式对旋流分离过程的影响机制尚未明晰,导致复合锥的结构优化设计仍主要基于生产经验。针对实验室?150mm水力旋流器,采用RSM湍流模型和TFM多相流模型系统考察了双锥结构中不同锥段锥角大小(10°、15°、20°和30°)及组合顺序对旋流器流场特性和分离性能的影响,并与常规单锥旋流器进行了对比。结果表明,双锥结构锥角大小的影响与单锥锥角影响规律基本一致,分离性能介于组成双锥结构的2种单锥结构之间,但沉砂分配曲线受小锥锥角影响更为明显。不同锥段具有各自独特的作用,其中大锥主要通过影响压降和切向速度来控制旋流器的离心强度和分离精度,而小锥主要通过影响沉砂口附近物料堆积状态和轴向速度分布来控制分离粒度、水分流比和沉砂颗粒产率。在相同工况条件下,通过合理匹配不同锥段,可显著改善旋流器分离性能,其中DC-Ⅰ结构(30°+10°)的分离粒度最小(d₅₀=15.34μm),而DC-Ⅳ结构(10°+30°)的分离精度最高(α=7.34)且能耗最低(P=67.09k Pa)。研究结果可为双锥旋流器结构设计与优化提供理论指导。     

Applicability of a coarse-grained CFD–DEM model on dense medium cyclone

The combined computational fluid dynamics and discrete element method (CFD–DEM) approach has been proved to be an effective tool to study the fundamentals of different particle–fluid flow systems, but suffers high computational cost problem. Recently, various treatments such as parcel–particle concept, coarse-grained model, similar particle assembly and representative particle model have been developed to reduce the computational cost of CFD–DEM approaches. These treatments are basically empirical and thus their applicability is likely system-dependent. Until now, there are still no general agreements on the formulation of those models and their accuracy and general applicability are largely unknown.In this work, a coarse-grained (CG) (CFD–DEM) model is developed to model the swirling multiphase flow in a dense medium cyclone (DMC) and the error caused by the CG concept is quantified by carrying out controlled numerical calculations to directly compare the simulated results between a standard CFD–DEM model and a CG CFD–DEM model. It demonstrates that when the flow is dilute, the results are independent on the size of the grain (also called as parcel or model particle in this work). Nonetheless, when the flow is dense, small discrepancies are observed between the two models. This work suggests that the CG CFD–DEM model is indeed a useful tool to quickly evaluate the flow and performance of large-scale DMCs and the simulation results should be useful at least qualitatively, if not quantitatively.     

Numerical study of particle–fluid flow in hydrocyclones with different body dimensions

This paper presents a numerical study of the gas–liquid–solid multiphase flow in hydrocyclones with different dimensions of body construction, which include the lengths of cylindrical and conical parts and cyclone body size. The turbulent flow of gas and liquid is modelled using the Reynolds stress model, the interface between the liquid and air core is modelled using the volume of fluid multiphase model, and the results are then used in the simulation of particle flow described by the stochastic Lagrangian model. The flow features are examined in terms of flow field, pressure drop, split ratio reported to the underflow, particle trajectories and separation efficiency. The proposed model is first validated by the good agreement between the measured and predicted results, and then used to study the effects of cyclone size and length. The results show that the flow fields in the hydrocyclones with different size and length are different, which results in different performance. A smaller cyclone is helpful to higher efficiency. The cylindrical section plays an inessential role in collecting particles. A long conical section can improve the performance of hydrocyclone considerably.     

CFD–DEM study of the effect of particle density distribution on the multiphase flow and performance of dense medium cyclone

A mathematical model is developed to study the coal-medium flow in a dense medium cyclone (DMC) of 1000 mm body diameter. In the model, the motion of coal particles is obtained using the Discrete Element Method (DEM) facilitated with the concept of “parcel–particle” while the flow of medium as a liquid-magnetite mixture Computational Fluid Dynamics (CFD) based on the local averaged Navier–Stokes equations. In addition the Reynolds Stress Model (RSM) is adopted to describe the anisotropic turbulence, the Volume of Fluid (VOF) model is used to describe the air-core position and multiphase mixture model used to estimate the flow of fine magnetite particles. The simulated medium and coal flows allow estimates to be made of pressure drop, efflux stream medium densities and partition curves for coal particles of different sizes and densities. These estimates are compared favourably with industrial scale measurements of a 1000 mm DMC operating under similar conditions. On this base, the effect of particle density distribution that represents the major difference between two major coal type, i.e., coking coal and thermal coal, is studied. The results are analysed in terms of medium flow pattern, particle flow pattern, partition performance and particle–fluid, particle–wall and particle–particle interaction forces.     

基于LBM-DEM耦合模型的多孔射流喷动床内流动特性

研究喷动床内颗粒的流动特性对于喷动床的设计和优化具有重要意义。基于格子Boltzmann方法 (LBM)-离散单元法(DEM)的数学模型,综合考虑固体运动对流场的影响,气相采用修正后的格子Boltzmann方程计算,颗粒-颗粒以及颗粒-壁面之间的碰撞采用离散单元法软球模型,颗粒所受气体曳力采用Gidaspow曳力模型,流固耦合基于牛顿第三定律,从介观角度深入剖析了多孔射流稠密气固流化床内流动机理。采用Fortran语言编程对上述模型进行求解,通过复现气泡在鼓泡床中的演化过程,有效验证了LBM-DEM耦合模型的准确性。研究了单喷口系统与多喷口系统在不同射流速度下的空隙率、颗粒拟温度、床层膨胀高度以及颗粒动能与势能等典型参数变化。结果表明:单喷口射流气速增加时,气体对颗粒的携带能力增强,喷泉区扩大,床内空隙率分布增大,速度脉动变大,颗粒拟温度升高,床层膨胀高度提高;而在多喷口系统中,相邻喷口间存在较强的横向扰动,在床层底部喷泉区出现明显射流合并,位于中心射流区域的颗粒获得较高动量,喷口数的增加使得床层膨胀高度提高27.50%,时均空隙率范围扩大,颗粒拟温度升高,且射流合并高度随喷口数量的增加而降低28.57%,颗粒势能增加66.07%,动能减少48.48%。以上分析结果表明基于修正格子Boltzmann方法与离散单元法相结合的耦合模型可以作为分析稠密气固两相流内在机理的有效工具。     

双溢流管旋流器分离性能的数值模拟与试验研究

针对普通溢流管旋流器难以得到细粒径、窄粒级产品等难题,提出一种双溢流管旋流器,利用CFD数值模拟软件,对比分析普通旋流器和双溢流管旋流器内部流场和分离性能。模拟结果表明:双溢流管旋流器内流体的切向速度增大,轴向速度和径向速度减小,分离得到的内溢流产品明显细于普通溢流。试验结果表明,对中位粒径为39.8μm的进料,经双溢流管旋流器一次分级后得到中位粒径分别为61μm、16μm和24μm的3种窄粒级产品,针对-45μm颗粒,双溢流管旋流器的综合分级效率较普通旋流器提高了1.26%,分级效果更好。     

平底结构对水力旋流器流场特性及分离性能影响

基于数值模拟对比了渐缩平底旋流器与复合锥角旋流器流场特性以探究平底结构对水力旋流器流场的影响。数值试验结果表明：两种水力旋流器压强分布和切向速度分布基本一致,而空气柱附近压强梯度存在差异;渐缩平底旋流器溢流管下方湍流强度较低而底流口附近则相反;渐缩平底旋流器柱-锥交界面的空气柱附近轴向速度较高,导致其分流比较低。实验室旋流分离试验表明：平底结构能有有效抑制溢流跑粗和底流夹细现象,显著提高分级效率,改善水力旋流器分离性能。     

浅谈介质粒度对重介分选的影响

阐述了在重介分选中,重介质的物理性质对分选的影响,特别是介质粒度对分选工艺的主要影响.并通过成庄洗选厂模块式洗末煤车间的生产实践及数据,说明了介质粒度对末煤在重介旋流器的分选过程中影响巨大,将直接影响洗精煤灰分、产率及处理量,这一生产实践在今后的末煤重介分选领域中是值得借鉴的案例和进一步探讨的课题.     

水力旋流器内部流场及分选过程的研究进展

论述了水力旋流器内部流场特性研究的发展历程及研究现状。详细介绍了数值试验方法在旋流器模型建立、内部流场特性描述、颗粒在其流场中的分离过程以及旋流器结构参数优化设计等方面的应用。在此基础上,提出了今后的研究方向与重点,即对于轴向零速包络面（LZVV）及空气柱的特性仍需进一步研究;在高浓度矿浆中,颗粒形状及颗粒与颗粒、颗粒与流体、颗粒与器壁之间相互作用对分离效率的影响仍是下一个时期的研究重点。