三锥旋流器分选粗煤泥试验研究与过程模拟

摘要

旋流器作为分级、分选设备，其种类繁多、形式多样，在各行各业得到广泛应用，尤其在煤炭洗选领域；随着机械化采煤手段的应用使得原煤中粗煤泥含量急剧增加，有效的粗煤泥分选设备引起人们的关注，本文运用实验室试验和数值模拟方法，对新型粗煤泥分选设备三锥旋流器进行系统研究。
　　设计不同结构参数的三锥旋流器及相应粗煤泥分选系统，对山东某矿0-3mm粗煤泥设计正交试验，通过正交试验发现各参数对分选效果的影响大小顺序为：锥体>溢流管直径>筒体高度>溢流管插入深度；其最佳参数组合为Ⅱ锥体，筒体高度：100mm，溢流管直径：50mm，溢流管插入深度：50mm；入料压力：0.08MPa；入料浓度为150g/l；此条件下溢流+80目灰分为9.98%，溢流综合产率为64.18%，可能偏差Ep为0.09，不完善度I为0.19，数量效率为94.32%，分选效果较好。
　　在最佳结构参数的基础上，分别对各结构参数进行单因素试验，探究不同结构参数变化对分选效果的影响及相应变化规律。对于溢流管直径，研究发现溢流+80目灰分、产率以及底流+80目灰分均随溢流管直径的增加而增加，而底流+80目产率随溢流管直径的增加而减小。对于溢流管插入深度，溢流+80目产率、灰分以及底流+80目灰分均随溢流管插入深度的增加呈先下降后上升的趋势，而底流+80目产率则与之相反。对于筒体高度，溢流+80目产率、灰分以及底流+80目灰分均随溢流管插入深度的增加呈先上升后下降又上升的趋势，而底流+80目产率则与之相反。对于锥体部分，分别研究其一段锥角、二段锥角、三段锥角对粗煤泥分选效果的影响，研究发现均起到分选效果，并且随着角度的增加溢流+80目产率、灰分以及底流+80目灰分均呈上升的趋势，而底流+80目产率则与之相反；对于影响效果而言一段锥角>二段锥角>三段锥角。
　　运用FLUENT软件对三锥旋流器清水场进行数值模拟，发现三锥旋流器中静压力、动压力、总压力变化均具有一定规律性，压力大小沿Z轴方向，自上而下呈逐渐减小状态；其中静压力、总压力沿径向方向由筒壁到轴心处逐渐减小；而动压力沿径向方向由筒壁到轴心处先增大后减小。
　　对三锥旋流器清水场进行数值模拟，发现三锥旋流器中切向速度、径向速度、轴向速度变化均具有一定规律性，各速度大小绝对值均呈一定的轴对称关系；其中切向速度、径向速度由筒壁到轴心处随半径先增大后减小，对于轴向速度，则是从筒壁到零速包络面先增大后减小，到零速包络面时轴向速度为零，穿过零速包络面后反向增大。
　　通过FLUENT数值模拟探究不同结构参数对流场的影响，将数值模拟结果与实验室试验结果对比发现，切向速度变化趋势与溢流+80目灰分变化趋势恰好相反，说明参数变化规律是正确的，模拟结果是准确的。
　　通过对三锥旋流器固-液两相进行数值模拟，得到三锥旋流器内部颗粒轨迹线、纵剖面颗粒轨迹线、以及单个颗粒运动轨迹线，结合受力分析，清楚的看出三锥旋流器三段锥体对粗煤泥的分选效果，将以上模拟结果进行汇总后绘制出三锥旋流器分选原理图，通过对三锥旋流器分选原理的探究，加深对三锥旋流器的了解，为后续三锥旋流器应用研究奠定理论基础。

目录

声明

1 绪论

1.1旋流器分类

1.2水介旋流器的特征及应用

1.3水介旋流器研究方法

1.4本文的主要研究内容

2 三锥旋流器分选系统设计

2.1三锥旋流器

2.2 三锥旋流器分选粗煤泥系统

3三锥旋流器分选结构参数研究

3.1 试验效果评价指标

3.2粗煤泥煤质分析

3.3三锥旋流器正交试验

3.4三锥旋流器单因素试验

3.5三锥旋流器分选效果评定

4三锥旋流器清水场数值模拟

4.1流体运动的基本方程

4.2旋流器内部流场的数学模型

4.3三维模型建立及边界条件设置

4.4三锥旋流器内流场的数值模拟

4.5数值模拟和试验结果对比分析

5三锥旋流器固-液两相数值模拟

5.1基本假设及边界条件

5.2粗煤泥分选运动轨迹模拟

5.3单个颗粒运动轨迹线模拟

5.4流体内颗粒的受力分析

5.5三锥旋流器分选原理

6 结论及创新点

6.1结论

6.2创新点

致谢

攻读硕士期间主要成果

参考文献