颗粒在倾斜窄通道中的密度分离机理研究

摘要

颗粒的沉降速度主要取决于其密度和粒度，这使得颗粒在水力重选设备中难以完全根据其密度分离，常表现为底流中错配一些低密度粗颗粒，而溢流中夹杂高密度细颗粒。本文研究了不同颗粒在倾斜窄通道中运动行为，发现在高水速梯度环境中，粒度对颗粒运动的影响显著减小，从而强化了颗粒的密度分选，此外，本文阐明了颗粒在倾斜窄通道中发生密度分离的实质。研究结果对于降低重选分选粒度下限、分选用倾斜板通道结构设计和操作具有重要的理论意义和指导价值。 基于倾斜窄通道中水速轮廓的方程式，以及颗粒在高梯度水速环境中受力平衡分析，建立了单个球形颗粒在倾斜窄通道中的平衡模型，即颗粒粒度、密度、通道间距、倾斜角度、通道中平均水速之间的定量关系。在论文中相继开展了单个球形颗粒在不同间距下的平衡试验，2mm以下煤泥控制给料试验和连续性分选试验。 在平衡试验中，把6种不同粒径的球形玻璃球分别放置于4种不同间距的具有稳定上升水流的倾斜通道中，当颗粒平衡时，分析实测水速与平衡模型计算水速的符合程度。结果表明：建立的平衡模型在(Re/Ret)＜40的范围内，实际测定水速与模型计算水速的相对偏差在10%以内，建立的平衡模型具有很强的实用价值。当(Re/Ret)＞40时，预测水速大于实际水速，用经验模型计算的水速更为准确。 在控制给料试验中，用0.0192m/s、0.0353m/s等7个水速把0~2mm的煤泥分选为8个产品，计算产品的累计产率与灰分。结果表明：控制给料试验所得的产率-灰分曲线与浮沉实验的曲线非常相近，而与筛分实验的曲线相差很大，这说明了在倾斜窄通道中颗粒主要根据其密度发生分离。 在连续性分选实验中研究了通道间距、分割流化、处理量对分选的影响。结果表明：适宜颗粒分选的通道间距是最大粒度的3~5倍，增大通道间距，则维持颗粒平衡的水速与分选下限均会升高；其次，采用分割流化的方式能够有效降低低密度粗颗粒在底流中的损失；另外，溢流产品中1.8~0.2mm煤颗粒的灰分约为3.65%，即最大粒径是最小粒径的9倍时，产品灰分随颗粒粒度的变化很小，说明不同粒度级的分选密度基本相同，分选中颗粒粒度对分选的影响受到抑制，颗粒主要根据其密度发生分离。此外，处理量在18.33t/(m2h)时，倾斜窄通道仍然具有较高的分选效率。

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致谢

变量注释表

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 课题的提出

1.3 研究内容和目标

1.4 技术路线

2 文献综述

2.1.1 颗粒自由沉降速度计算

2.1.2 颗粒干扰沉降末速计算

2.2 颗粒在介质流中的密度分选机理

2.3 层流和紊流

2.4 板间层流速度轮廓

2.5 颗粒在剪切流体中的迁移

2.6 颗粒在倾斜通道中的运动

2.6.1 经典动力学模型

2.6.2 倾斜通道中颗粒运动经验公式

2.6.3 弱化粒度理论

2.7 本章小结

3 试验准备

3.1试验系统

3.2物料性质

4 颗粒在倾斜窄通道中的密度分离机理

4.1 单个球形颗粒在倾斜窄通道中的平衡模型

4.2 单个球形颗粒在倾斜窄通道中的平衡试验研究

4.3 基于平衡模型的颗粒密度分离机理

4.4 本章小结

5 颗粒在倾斜窄通道中的控制给料试验研究

5.1 控制给料试验研究

5.2 颗粒群的循环运动与分割流化模型

5.3 本章小结

6 粗煤泥在倾斜窄通道中的连续分选研究

6.1 倾斜窄通道间距对分选的影响

6.2 倾斜窄通道中处理量对分选的影响

6.3 分割流化方式对分选的影响

6.4 粗煤泥在倾斜窄通道中的分选效果

6.5 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

作者简历

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