双溢流管旋流器分离性能研究

摘要

针对当前旋流器分级分选精度低、产品粒级范围宽等问题，提出采用双溢流管旋流器实现窄粒级精细分级的方案，一次分级能得到底流、内溢流和外溢流三种产品。采用Fluent流场数值模拟、实验室试验测量和现场工业试验验证相结合的方法，深入研究了双溢流管旋流器的分离过程，阐述了双溢流管旋流器的分离机理，对多产品精细分级旋流器装备的研发具有较为重要的理论意义和工程应用价值。　　本文进行双溢流管旋流器和普通旋流器的模拟及试验对比，结果表明：相较于普通旋流器，双溢流管旋流器内部压力降小，切向速度大且梯度变化明显，轴向速度与径向速度均较小，湍流场相对稳定，分离效率和分级精度高，其内溢流产品粒度细而均匀，明显细于普通溢流，达到获得窄粒级产品的目的。　　以各产品浓度和产率、旋流器处理量、综合分级效率和分离粒度为评价指标，对Φ150mm双溢流管旋流器进行单因素试验，研究了压力、锥角、底流口直径、内溢流管直径和插入深度对其分离性能的影响，结果表明：压力对处理量影响较大；锥角越大内旋流作用越强，内溢流产率越大，粒度越粗；底流口直径对底流产品各项指标的影响显著，试验条件下最佳分级底流口尺寸为20mm~22mm；内溢流产率和分离粒度随内溢流管直径的增大而增大；当内溢流管插入深度较外溢流管长30mm~60mm时可获得粒度最细的内溢流产品，但当内溢流管插入深度较外溢流管短30mm~60mm时旋流器分级性能最佳。　　设计L9(34)正交试验，以旋流器处理量、内溢流产率和综合分级效率为评价指标，分析压力、锥角、底流口直径和内溢流管直径影响双溢流管旋流器分级的主次因素，结合评价指标优选旋流器的最佳分级参数组合。　　结合上述研究结果与现场工况，设计制作了Φ381mm双溢流管平底旋流器进行工业验证，改进后旋流器的综合分级效率较原系统提高了12.03％，内溢流产率占溢流产品总产率的30.1％，减小了振动筛负荷和系统返砂量，提高了磨选系统的综合性能。

目录

声明

变量注释表

1 绪 论

1.1 研究背景

1.2 研究目的意义

1.3.1 多产品旋流器研究现状

1.3.2 旋流器溢流管结构研究现状

1.3.3 旋流器数值模拟研究现状

1.4 主要研究内容

2 结构设计及分离理论基础

2.1 双溢流管旋流器设计

2.1.1 内溢流管结构设计

2.1.2 双溢流管旋流器溢流出口设计

2.2.1 旋流分离理论基础

2.2.2 旋流器内部流场分布

2.2.3 旋流器的性能评价指标

2.3 计算流体力学理论基础

2.3.1 流体力学基本方程

2.3.2 湍流模型的选择

2.3.3 多相流模型的选择

2.3.4 流场数值求解计算方法

2.4 本章小结

3 双溢流管旋流器数值模拟

3.1 三维建模及网格划分

3.2 数值模拟设置

3.3 数值模拟结果分析

3.3.1 双溢流管旋流器与普通旋流器的内部流场对比

3.3.2 压力对分离性能的影响

3.3.3 锥角对分离性能的影响

3.3.4 底流口直径对分离性能的影响

3.3.5 内溢流管直径对分离性能的影响

3.3.6 内溢流管插入深度对分离性能的影响

3.4 本章小结

4 双溢流管旋流器分离性能试验

4.1.1 试验方案设计

4.1.2 试验系统与仪器

4.1.3 试验用物料分析

4.2 对比试验

4.3 单因素试验

4.3.1 压力对分离性能的影响

4.3.2 锥角对分离性能的影响

4.3.3 底流口直径对分离性能的影响

4.3.4 内溢流管直径对分离性能的影响

4.3.5 内溢流管插入深度对分离性能的影响

4.4 正交试验

4.5 工业运行试验

4.6 本章小结

5 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 工作展望

参考文献

附录

作者简历

致谢

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