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。     

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。     

锥体结构对水力旋流器内流场及分离性能的影响

使用FLUENT软件对不同锥体结构的水力旋流器进行了清水流场及颗粒分离性能的模拟。在相同处理能力条件下,对于单锥结构的旋流器,增大锥角,旋流器内的压力降和最大切向速度增大。相比常用于细粒分级的长锥旋流器,上部采用大锥角、下部采用小锥角的变锥角旋流器具有更高的最大切向速度和更稳定的轴向及径向流速分布。空气柱直径随着切向速度的增大而变大。对不同粒径固体颗粒相分离的模拟结果显示,变锥角旋流器的分离粒度小于同直径的长锥旋流器。     

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。     

兰炼催化剂厂滤洗液中固体颗粒分级的研究

对该滤洗液中固体颗粒的特性及分级进行了研究，确定了φ１２５ｍｍ水力旋流器适宜的结构参数及操作参数，并对影响水力旋流器分级效率的因素进行了分析，试验条件下分级效率可达９５．１８％￣９８．９６％。     

水力旋流器结构参数n的定量研究

水力旋流器的结构参数n对于旋流器流场研究和结构设计非常重要,国内外不同学者在不同条件下提出了不同的n值来指导水力旋流器的设计。但是结构参数n与诸多因素有关,不同结构条件下的水力旋流器结构参数各不相同,如何准确确定具体结构条件下的结构参数n对研究和设计水力旋流器有着重要的意义。     

基于正态分布的旋流器密度-粒度分配曲面数学模型

建立双变量分配曲面数学模型,是准确描述不同密度、粒度颗粒在旋流器分离过程中的分配规律,量化解析颗粒密度、粒度对旋流器分离效果的影响规律的一种有效手段。为提高分配曲面数学模型对不同旋流器的适应性,以宽雷诺数区间颗粒沉降末速公式为基础,提出了颗粒密度、粒度变量的组合方法,以正态分布作为基本函数,建立了包含密度、粒度双变量的6参数分配曲面数学模型,明确了模型参数的意义。通过模型可推导出分选密度、可能偏差与颗粒粒度成反比的函数关系。模型对分级旋流器、水介旋流器、重介旋流器分选结果均具有良好的拟合精度,初步揭示了旋流器分离过程中颗粒密度、粒度的二元影响机制。     

中心锥对水力旋流器性能影响

利用FLUENT软件对内部增加中心锥的水力旋流器和内部增加中心柱的水力旋流器进行电石渣浆液流场的数值模拟仿真,对两种水力旋流器的压力分布、切向速度、湍流强度、速度矢量进行对比分析。通过试验验证,同等操作条件下,中心锥型水力旋流器和中心柱型水力旋流器的分离效率分别为85.04%、78.31%,溢流中Ca(OH)2浓度分别为90.07%、78.60%。仿真和试验结果表明:内部增加中心锥结构有利于提高水力旋流器的分离精度和分离效率。     

溢流管外壁环形齿对旋流器的影响分析

增加溢流管外壁环形齿结构是抑制水力旋流器溢流跑粗的一种手段。为了研究环形齿结构对水力旋流器流场的影响,通过建立水力旋流器的3D模型,并利用Fluent软件进行数值模拟,最后从压力、速度、颗粒运动3个方面进行分析。根据分析结果,环形齿结构在抑制溢流跑粗的同时,会降低旋流器内部流体的压力及速度,并增加分开粒径,对旋流器的分离工作不利,需要通过其他手段克服。     

影响水力旋流器分离性能因素分析

简要介绍了水力旋流器的基本结构和工作原理,重点分析了影响水力旋流器分离性能的主要因素:包括物料性质的影响、结构参数和结构形式的影响等,并指出了水力旋流器今后的研究方向。     

溢流管深度对水力旋流器分离效率的影响

介绍了水力旋流器的工作原理,用计算流体力学软件FLUENT分别对不同溢流管深度的水力旋流器内部流场进行了数值模拟。根据模拟计算结果分析了旋流器内流场的速度分布和分散相浓度分布,讨论了溢流管深度对旋流器分离效率的影响。     

基于CG VOF-DEM和CG Mixture-DEM模型的水力旋流器多相流数值模拟

针对水力旋流器进料固体颗粒的分离过程内部流场复杂,颗粒运动规律难以掌握的问题。本文基于颗粒动力学理论并引入粗颗粒(CG)概念,提出了两种数值模型来对水力旋流器中的多相流进行建模：一种是将多相流(VOF)模型与离散元法(DEM)结合起来的CG VOF-DEM模型;另一种是将混合(Mixture)模型和DEM模型结合起来的CG Mixture-DEM。模拟结果表明,CG VOF-DEM模型在定量上适用于稀疏流,且仅定性地适用于稠密流。另一方面,CG Mixture-DEM模型可以定量地适用于稀疏流和稠密流。研究表明,CG Mixture- DEM模型可以作为评价水力旋流器分离性能的有效工具。     

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.     

深海采矿扬矿硬管内高速螺旋流当地浓度的研究

针对深海采矿扬矿硬管内高速螺旋流提升大洋锰结核颗粒的当地浓度受多种因素影响的问题,基于欧拉-欧拉理论模型,选用SIMPLE算法和RNGk-ε湍流模型,以含有锰结核颗粒的海水为流动介质,对扬矿硬管内液固两相流进行数值模拟,分析了管道、物料和浆体的特性等因素对颗粒当地浓度的影响规律。结果表明：不同工况条件下,管道内径、锰结核颗粒粒径、颗粒密度、提升角速度、提升浓度的增大均有助于提高颗粒的当地浓度,进而有利于提高颗粒的输送效率;过大的提升速度将会抑制断面上颗粒当地浓度的提高,从而降低颗粒的输送效率和提升能力;但管壁粗糙度及浆体黏度对当地浓度影响很小。研究结果对深海采矿扬矿硬管内高速螺旋流的输送参数优化和工程应用具有一定的指导意义。     

固体颗粒对油气井管柱的冲蚀损伤研究

油气井管柱内液体高速流动时,液体内含有的固体颗粒会对管柱造成损伤和冲蚀,因此有必要对油气井管柱受颗粒冲蚀特性进行研究。本文利用Fluent中湍流模型和DPM模型对90°弯曲油气管柱的固体颗粒冲蚀过程进行了数值模拟,研究不同影响因素下弯管内壁的冲蚀率及冲蚀效果。结果表明:固体颗粒对弯管的冲蚀磨损主要发生在弯曲段的下弯头外弧内壁;在流体速度和颗粒质量流率一定时,固体颗粒对弯曲内壁的冲蚀率随着流体黏度的增大而减小,随着固体颗粒直径的增大而增大,冲蚀量随着冲蚀时间的增加而呈线性增加;其他因素一定的条件下,固体颗粒对弯曲内壁的冲蚀率随着流体速度的增大而缓慢增大,增量逐渐减小。模拟结果为油气井管柱弯管的合理设计提供了数值依据和理论参考。     

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。     

双涡自回流水力旋流器分级性能研究

通过对圆柱型、圆锥型水力旋流器的结构性能对比,设计了一种新型的两段组合式双涡自回流水力旋流器,并对三种类型的旋流器进行了清水和含砂试验研究。试验结果表明,双涡自回流水力旋流器相比其他两种,在分级效率上有了很大提高,消除了溢流中跑粗、控制了底流中细粒夹带,并通过理论分析,证明了双涡自回流水力旋流器的性能优势。     

Mechanism of hydrocyclone separation with water injection

In hydrocyclones, the particle separation efficiency is limited by the suspended fine particles, which are discharged with the coarse product in the underflow. It is well known that injecting water in the conical part of the cyclone reduces the fine particle fraction in the underflow.This paper presents a mathematical model that simulates the water injection in the conical component. The model accounts for the fluid flow and the particle motion. The stationary concentration distributions result from superpositioning the turbulent particle diffusion and particle settling. Particle interaction, due to hindered settling caused by increased density and viscosity of the suspension, and fine particle entrainment by settling coarse particles are included in the model. Water injection in the conical part of the hydrocyclone is performed to reduce fine particle discharge in the underflow. This added water transports the fine particles of the sediment to the center, where they are directed to the overflow. The model demonstrates the impact of the injection rate, injection velocity, and injection location on the shape of the partition curve. Under optimal conditions, the so-called “fish hook” of the curve is reduced without changing the cut size. The simulations are compared with experimental data of a 50-mm cyclone.     

深海粗颗粒矿石浮游速度的试验研究

以单颗粒沉降运动为研究基础, 采用高速摄影技术对锰结核、富钴结壳、多金属硫化物及模拟结核粗颗粒矿石进行了浮游速度试验研究, 得到了粗颗粒矿石单颗粒和群体颗粒浮游速度计算公式, 计算结果与试验实测数据吻合较好, 对垂直管道水力输送系统参数设计和正常运行有一定参考价值。