基于旋流场中微细粒矿物运动特性研究

摘要

针对选矿中粗颗粒分级技术十分成熟，而对于20μm以下的微细颗粒矿物分级困难及现有微细粒矿物分级设备分级效果差的现状，采用流体动力学（简称CFD）中的FLUENT软件进行数值模拟，研究微细粒矿物在旋流场中的运动特性以及在不同的工艺参数和结构参数下对旋流场的影响。　　根据旋流器直径与其生产能力和分级粒度的关系图，对于-20μm的微细粒矿物，选择水流旋流器筒径D=50 mm。设定初始条件为：矿浆入口为压力入口，压力选择30kpa，物料浓度为10％，取10μm、15μm、20μm三种粒径的颗粒进行模拟，颗粒密度设为5g/cm3。底流口和溢流口边界条件均设为压力出口，外界大气压为1.01Mpa。回流湍流强度根据公式 I=0.16×Re-1/8，壁面采用标准壁面函数法，颗粒碰撞后反弹，粗糙度为0.5，水相无滑移条件。在此条件下模拟，得出了旋流场中压力分布，浓度分布，流体切向速度、轴向速度、径向速度特点，以及单颗粒、多颗粒运动轨迹。　　为了更深入研究流场内各参数的变化情况，通过对旋流器工艺因素和结构因素的的研究，发现对于微细粒矿物颗粒分级，要取得较好的分级效率，应采用的参数如下：浓度不宜太大，10%左右较好；压强尽量取大值，但要考虑能耗和设备损耗，选取70kpa的给矿压力；给矿管直径对于分级效率和处理量都有影响，当溢流管直径为为筒径的1/4时，分级效率和处理量会取得最优值；溢流管深度为柱段的1/2，取得的效果较好；溢流管直径为筒径的0.32；角锥比为2，即溢流管是底流管半径的2倍；柱段长度不宜过大，应为筒径的0.8左右；锥角越小，分级效果越好，考虑到空间限制，选用8°为宜。　　最后通过平均粒度为14μm的赤铁矿纯矿物在同给矿压力和不同给矿浓度进行试验，发现试验结果与模拟结果在趋势上一样，分级效率上略小于模拟结果，但差距不大，约为4%，说明数据模拟对于实践具有较好的指导作用。

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引言

第1章 文献综述

1. 1 国内外旋流器及流场研究进展

1. 2 颗粒在旋流场中的研究现状

1. 3 分离理论模型

1. 4 分离的经验模型

1. 5 旋流场数值模拟的研究发展

1. 6 课题目的及意义

第2章 旋流场方程的确立和颗粒受力行为分析

2. 1 旋流器中流场基本理论

2. 2 颗粒受力行为分析

第3章 物理模型的建立

3. 1 关于FLUENT

3. 2 模拟程序

3. 3 网格划分和边界条件设置

3. 4 基本求解器的选择

3. 5 湍流模型的选择

3. 6 边界条件设置

3.7 求解控制的选择

第4章 模拟结果及分析

4. 1 筒径的选择

4. 2 模型简化

4. 3 边界条件初始设定

4. 4 模拟结果

4. 5 工艺因素的影响

4. 6 结构参数的影响

第5章 试验与模拟对比

5. 1 矿物颗粒制备

5. 2 不同给矿压力下实验结果

5. 3 不同给矿浓度试验

结论

参考文献

致谢

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