入料角度对离心浮选机流场影响的模拟研究

摘要

离心力场浮选机近几年来被认为是有效的浮选设备之一，主要是因为离心力场提高了细粒矿物的动量，高速旋转的矿粒在内壁表面附近与气泡发生正交碰撞，从而提高了矿粒与气泡之间的碰撞机率和粘附效率，强化了细粒浮选；矿浆的高速旋转，层与层之间产生了较强的剪切运动，同时旋转的矿浆与气泡发生碰撞运动，这些都有利于克服细粒矿物的非选择性团聚及脉石矿粒在气泡团中的夹杂；在离心力场的作用下，能在增大矿浆中气泡量的同时，保证泡沫携带水量不至于太多，从而维持较低的泡沫量，并且大幅度加快浮选速度，因此提高了浮选分离效率。近年来国内外的学者对离心浮选机作了初步的研究，并将其推广应用。掌握离心浮选机的内部流动情况以及其工作原理，并寻求更合理的工作参数，对降低整个浮选的成本是有重要意义的。
　　本文主要对离心浮选机的关键部件浮选槽和气泡发生装置的不同结构进行了三维两相流数值模拟研究，分析模拟结果，使浮选机结构最优化。采用建模软件 Gambit建立了浮选槽和气泡发生装置的物理模型，利用CFD软件STAR-CCM+对不同结构的浮选槽和气泡发生装置的物理模型进行了网格划分，设定边界条件，对其内部流场进行了模拟计算，得出了不同条件下的速度流场、压力能场、气含率分布和湍动能分布图等，并进行了分析研究和了解掌握这两个关键部件的内部流场的分布规律。
　　对自吸式离心浮选机的四种不同入料角度的浮选槽结构进行了两相流数值模拟，即全角度的10°、20°、30°和40°，对三种不同入料角度10°、20°和30°的间插式的浮选槽进行了模拟，得出了相同瞬时的浮选槽内部的速度流场分布图、压力分布图、湍动能分布图和气含率云图。结果表明：入料角度在20°左右时，浮选效果较好，对浮选更有利。对气泡发生装置的内部结构喷嘴进行了改进，加入螺旋叶片，进行了模拟，得出相同计算时间下的压力云图、速度流场分布图、湍动能分布图和气含率云图。计算结果表明：加入螺旋叶片的气泡发生装置的性能更好，对气泡的矿化效果更加理想。

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符号说明

第一章 绪论

§1–1 课题研究的目的及意义

§1–2 浮选机介绍

§1–3 离心浮选机的发展

§1–4 离心浮选机的浮选性能指标

§1–5 选矿的工艺指标

§1–6 本文研究的内容

第二章 计算流体力学简介

§2–1 计算流体力学介绍

§2–2 CFD软件STAR-CCM+介绍

§2–3 流场数值计算算法分析

§2–4 湍流的数值模拟方法

§2–5 多相流模型简介

§2–6 小结

第三章 自吸式离心浮选机浮选槽内流场数值模拟研究

§3–1 物理模型的建立

§3–2 全角度浮选槽内流场数值模拟研究

§3–3 间插式角度浮选槽内流场数值模拟研究

§3-4 小结

第四章 气泡发生器的数值模拟研究

§4–1 物理模型的建立

§4–2 物理模型的网格划分

§4–3 数值方法和时间步长的设定

§4–4 计算初始条件的设定

§4–5 计算模拟结果的分析

§4–6 小结

第五章 结论与展望

§5-1 结论

§5-2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间所取得的相关科研成果