电致可控密度悬浮体形成机理与控制方法研究

摘要

煤炭是中国主要的基础能源物质，故实现煤炭高效清洁利用尤为重要。作为煤炭高效洁净使用的重要方案之一，干法选煤技术由于不耗水的独特优势更加适合中国煤炭行业发展的需求，是科研人员的研究热点之一。现有的干法选煤技术在生产中需要压缩空气，易污染环境，而且存在分选效率低、分选精度差、入选物料易干扰床层、风孔易堵塞等诸多不足。
　　本课题提出一种新型的干法分选设想，以磁场力替代气体对颗粒产生的曳力作用，使磁性颗粒在电磁场和重力场的相互作用下形成具有一定密度的悬浮体，不同密度的物料可以在该悬浮体中进行分离。本文的主要工作内容如下:
　　(1)提出以磁场力和重力的相互作用使磁性颗粒形成具有一定密度的悬浮体，并设计制作了一套探索性试验装置。研究了磁场对磁性颗粒的影响规律，试验结果表明:磁性颗粒在磁场力和重力的相互作用下可以形成具有一定密度的悬浮体;在该试验平台下，改变电流强度和频率可以改变悬浮体的密度。
　　(2)对试验中形成悬浮体的机理进行了初步探索。分析结果表明:当螺线管中的磁场强度达到一定强度后，其轴向磁场力大于重力，磁性颗粒呈现悬浮;改变磁场会影响颗粒的运动范围，造成悬浮体总体积变化，从而影响悬浮体密度变化。
　　(3)采用离散元素法对悬浮体中颗粒运动进行仿真分析。对磁场强度、频率及颗粒大小三个因素进行了单因素仿真试验，并分析了三个因素对悬浮体的密度特性、流动性及颗粒运动的影响规律。
　　(4)以悬浮体的密度均匀性和流动性为优化指标，对磁场强度、频率及颗粒大小进行了正交试验，寻求三个因素影响下的最优组合。结果表明:在该试验模型下，当电流为0.25A、频率为25Hz、颗粒直径为0.3mm时，悬浮体有较好的密度均匀性和流动性。采用此组合参数进行了煤和矸石混合物的分选试验，并取得较好的分选效果，证明了该悬浮体是具有分选功能的。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 风力选煤

1．2．2 空气重介质流化床

1．2．3 外加力场流化床分选技术

1．3 研究目的

1．4 本文主要工作内容

第2章 悬浮体密度特性的试验研究

2．1 试验系统组成

2．2 试验所用元件选型

2．3 试验所用磁粉性质

2．4 试验方法及密度测量

2．5 试验结果与分析

2．5．1 无信号频率作用

2．5．2 电流对悬浮体的影响

2．5．3 频率对悬浮体的影响

2．6 本章小结

第3章 悬浮体形成原因探讨

3．1 单个磁性颗粒的受力分析

3．2 单个磁性颗粒的磁场力仿真分析

3．3 单个颗粒的运动分析

3．4 本章小结

第4章 悬浮体特性的仿真分析

4．1 EDEM简介

4．2 悬浮体颗粒的一些概念

4．2．1 悬浮体中多颗粒的运动模型

4．2．2 数值计算方法与流程

4．3 建立仿真模型及仿真流程

4．4 悬浮体特性评价指标

4．5 磁场强度对悬浮体特性的影响

4．6 频率对悬浮体特性的影响

4．7 颗粒大小对悬浮体特性的影响

4．8 仿真计算结果与试验结果的对比

4．9 本章小结

第5章 悬浮体控制参数优化探索

5．1 正交试验设计

5．2 正交试验结果分析方法

5．3 正交试验结果分析

5．4 分选试验

5．5 本章小结

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

附录