入料压力及入料性质对三锥旋流器分选效果的影响

摘要

水力旋流器自1939年在选矿厂首次应用以来，由于其结构紧凑运行成本低、不需要添加介质等优点经过了广泛的推广改进，三锥旋流器是在传统水力旋流器基础上进行改进在选煤厂中能够对粗煤泥按密度进行高效分选的一种新型分选设备。虽然三锥旋流器已经得到广泛应用，但是三锥旋流器的分选机理仍然不够完善。　　本文以三锥旋流器为研究对象，从实验室试验方面探究不同入料压力及入料的特性对于三锥旋流器的分选效果的影响，及从数值模拟方面探究入料压力对于旋流器中速度场、压力场、空气柱的影响及入料性质对于旋流器中密度场的影响，以此进一步探究三锥旋流器的分选机理。　　设计了三锥旋流器粗煤泥分选试验对新汶某选煤厂0-3mm的粗煤泥进行分选试验，确定最佳结构参数为：新Ⅰ号锥体、筒体高度100mm、溢流管直径40mm、插入深度50mm。　　通过实验室试验发现：对于压力，随着入料压力的增大，三锥选旋流器溢流+0.2mm的灰分与产率呈现相同的变化趋势，均是先急剧升高在缓慢降低然后再升高的趋势，且低压对于三锥旋流器溢流+0.2mm的产率及灰分要大于高压的影响，过高压力破坏分选床层降低了分选效果同时增加了能耗及设备的磨损。　　为了探究入选煤泥中细粒对分选效果的影响，本文采用单因素试验探究0.2-0.125mm、0.125-0.09mm、0.09-0.045mm、-0.045mm的四个粒级的颗粒对分选效果的影响，试验发现：入选粗煤泥中细粒的粒度越细，旋流器的溢流+0.2mm灰分越低，产率越低；粒度越粗，溢流+0.2mm的灰分越高，产率也越高。对于入选粗煤泥中细粒的含量，入选粗煤泥中细粒含量越多，溢流+0.2mm的灰分越高，产率越高；细颗粒含量越少，溢流+0.2mm的灰分越低，产率越小。将不同细粒粒度与含量所对应下的溢流与底流进行产后分析试验，采用Ep值作为评价分选效果好坏的标准，发现随着细粒粒度的增加Ep值逐渐增加，Ep值变化区间为0.115-0.215。随着细粒含量的升高，Ep值逐渐降低，Ep值变化区间为0.215-0.07。说明入选煤泥中细粒充当着分选介质的作用，三锥旋流器内的分选介质是每个粒级的细粒相互作用的结果。合理的细粒粒级及细粒含量可以提高三锥旋流器的分选效果。　　运用Fluent软件采用VOF模型模拟了三锥旋流器内的气-液两相流场；采用Mixture模型模拟了气-液-固三相流场。通过气-液两相清水流场的模拟探究了切向、径向、轴向速度及压力场的分布规律，探究了空气柱的形成过程，同时探究了不同入料压力对于速度流场及压力流场的影响规律。通过气-液-固三相流场的模拟，探究了三锥旋流器内密度场的分布及不同细粒粒度及细粒含量所形成的密度场分布的影响。模拟发现切向速度、径向速度、轴向速度在旋流器中的分布均有一定规律性，三向速度在径向上均呈对称分布。其中切向速度从轴心处到器壁切向速度变化规律为先急剧增加后缓慢减小，再急剧减小，切向速度的最大值出现在溢流管内壁处；轴向速度从轴心处到器壁由负值变为正值逐渐增大，最大值出现在轴心处；径向速度分布较为杂乱。且入料压力的改变不影响三向速度的分布规律，但是会改变三向速度的大小；随着入料速度的变大，三向速度均变大；空气柱体积在一定压力变化范围内随着入料压力的变大而变大，并且形成的时间变短。对于三锥旋流器内密度场的模拟发现：细粒的粒度越细，形成的密度场越低，细粒的含量越低，形成的密度场越低。　　三锥旋流器流场模拟完成后；采用DPM模型对颗粒在三锥旋流器内的分选过程进行了模拟。本文采用粒度为1mm的颗粒，密度为1.35g/cm3、1.45g/cm3、1.55g/cm3、1.65g/cm3、1.75g/cm3的五种密度不同的颗粒，只定性的探究密度对颗粒在三锥旋流器内运动规律的影响。通过对颗粒的模拟发现，不同密度的颗粒在三锥旋流器中的运动轨迹及分选时间是不同的，中间密度级的粒度在三锥旋流器中分选时间较长，高密度分选时间短。通过对颗粒运动轨迹分析发现，颗粒的分选是在与自身密度级相同的密度带中进行分选。

目录

声明

1.绪论

1.1一般水介旋流器的结构及分选原理

1.1.1一般水力旋流器的结构

1.1.2一般旋流器分选原理

1.2水力旋流器研究方法

1.2.1基于测试验证水力旋流器研究

1.2.2基于数值模拟的水力旋流器研究

1.3水力旋流器的研究现状

1.4.1 研究的目的及意义

1.4.2研究内容

2三锥旋流器数值模拟计算方法

2.1三锥旋流器模型的建立

2.2计算域的确定及网格的划分

2.3求解器的选择

2.4多相流模型与湍流模型的选择

2.4.1湍流模型的选择

2.4.2多相流选择

2.5边界条件及初始条件的确定

2.6离散格式及求解方式

2.7本章小结

3.三锥旋流器粗煤泥分选试验研究

3.1三锥旋流器结构分选原理及分选系统介绍

3.1.1三锥旋流器结构

3.1.2三锥旋流器分选原理

3.1.3三锥旋流器分选系统

3.2粗煤泥性质分析

3.2.1煤样的筛分资料

3.2.2浮沉资料分析

3.2.3三锥旋流器最佳结构参数探究试验

3.3入料压力对分选效果的影响

3.4细粒对分选效果的影响

3.4.1细粒的粒度对分选效果的影响

3.4.2微细粒含量对分选效果的影响

3.5分选效果评定

3.6本章小结

4 三锥旋流器的模拟策略与流场内的数值模拟

4.1CFD模型的验证

4.2模拟思路

4.3空气柱的研究

4.3.1三锥旋流器空气柱的形成

4.3.2 入料压力对空气柱的影响

4.4流场中的速度分布

4.4.1切向速度分布

4.4.2轴向速度分布

4.4.3径向速度

4.4.4压力分布

4.5入料压力对速度流场分布的影响

4.5.1入料压力速度分布的影响

4.5.2入料压力对压力场的影响

4.6旋流器密度分布

4.7.1细粒粒度对密度场的影响

4.7.2细粒的含量对密度场的影响

4.8本章小结

5 三锥旋流器内颗粒运动分析

5.1三锥旋流器中煤颗粒的受力情况

5.2 三锥旋流器中颗粒在径向与轴向上的运动微分方程

5.3三锥旋流器内的颗粒运动

5.4本章小结

6 结论及创新点及展望

6.1结论

6.2创新点

6.3展望

参考文献

作者简历

致谢

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