三錐旋流器內(nèi)部流場(chǎng)與顆粒運(yùn)動(dòng)模擬研究.pdf

1、隨著采煤機(jī)械化程度的不斷提高，選煤廠的粗煤泥含量逐漸增加，如何對(duì)其進(jìn)行高效分選逐漸成為選煤界的焦點(diǎn)問題。實(shí)踐表明，三錐旋流器作為一種新型粗煤泥分選設(shè)備，對(duì)粗煤泥具有較好的分選效果，遠(yuǎn)優(yōu)于單錐旋流器，但是目前對(duì)于三錐旋流器提升粗煤泥分選效果的機(jī)理以及三錐旋流器的分選原理尚缺乏足夠的認(rèn)識(shí)。為此，本研究課題以三錐旋流器為主要研究對(duì)象，單錐旋流器為對(duì)比研究對(duì)象，采用CFD數(shù)值模擬方法系統(tǒng)直觀的對(duì)兩種旋流器內(nèi)的多相流流場(chǎng)及顆粒運(yùn)動(dòng)行為進(jìn)行了對(duì)比研

2、究，并考察了結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)變化對(duì)三錐旋流器內(nèi)部水-氣兩相清水流場(chǎng)的影響。
　　通過對(duì)網(wǎng)格劃分類型、湍流模型與多相流模型、邊界條件等的探索，構(gòu)建了合適的三錐旋流器和單錐旋流器CFD模型，并以入料量和溢流流量比為衡量指標(biāo)，將不同給料壓力下的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室測(cè)定結(jié)果進(jìn)行了比較。對(duì)比結(jié)果表明所建的CFD模型是準(zhǔn)確可靠的，根據(jù)研究結(jié)果可知：隨著給料壓力的變化兩種旋流器的入料量、溢流流量比的變化趨勢(shì)均相同，在相同給料壓力下，三錐旋流器的入

3、料量高于單錐旋流器，溢流流量比低于單錐旋流器。
　　向旋流器的CFD模型中通入水、空氣和單一性質(zhì)的細(xì)粒顆粒相，運(yùn)用Fluent軟件對(duì)三錐旋流器和單錐旋流器的多相流流場(chǎng)進(jìn)行模擬研究，對(duì)比分析兩種旋流器流場(chǎng)中的壓力分布、速度分布、空氣柱、湍流強(qiáng)度以及密度分布等參數(shù)。研究結(jié)果表明：兩種旋流器內(nèi)壓力、速度和空氣柱等流場(chǎng)參數(shù)的分布規(guī)律基本相同，而湍流強(qiáng)度和密度的分布規(guī)律則相差較大。在相同條件下，三錐旋流器錐體中心處的湍流強(qiáng)度遠(yuǎn)大于單錐旋流器

4、的，這有助于分選物料的充分松散；相比于單錐旋流器，三錐旋流器的主要分選密度層更多，其錐體部分的密度層除沿垂直錐面方向分布外，還沿旋流器軸向分布，從上到下三個(gè)錐段的密度逐漸增加，錐體部分的錐角變化使隱藏在低密度層底部的高密度層暴露出來，正是密度層的這種分布規(guī)律使三錐旋流器的分選效果得以提升。
　　改變?nèi)F旋流器的給料壓力、溢流管直徑和溢流管插入深度等參數(shù)，模擬研究參數(shù)變化對(duì)三錐旋流器內(nèi)水-氣兩相清水流場(chǎng)的影響，發(fā)現(xiàn)溢流管直徑和給料壓

5、力對(duì)三錐旋流器的影響大于溢流管插入深度。給料壓力的升高，會(huì)使旋流器內(nèi)的切向速度和軸向速度增大，湍流強(qiáng)度升高，空氣柱的形成時(shí)間縮短；溢流管直徑的增大，會(huì)使旋流器內(nèi)的壓力降低，切向速度減小，軸向速度增大，空氣柱直徑增大；溢流管插入深度的增大，會(huì)使旋流器內(nèi)的切向速度和軸向速度增大，壓力先降低再升高，空氣柱的形成時(shí)間變長(zhǎng)。
　　在流場(chǎng)研究的基礎(chǔ)上，對(duì)旋流器內(nèi)的顆粒運(yùn)動(dòng)行為進(jìn)行模擬研究，進(jìn)一步揭示三錐旋流器的分選原理。首先，對(duì)三錐旋流器內(nèi)不

6、同性質(zhì)的單個(gè)顆粒進(jìn)行研究，模擬結(jié)果顯示顆粒主要是在旋流器的錐體部分實(shí)現(xiàn)分選，且發(fā)生分選的位置位于與顆粒密度相近的密度層。三錐旋流器對(duì)于1mm粒度的煤顆粒具有較好的分選效果，經(jīng)過分選，低密度顆粒從溢流口排出，高密度顆粒從底流口排出，隨著顆粒密度的增大，分選所用的時(shí)間先增大后減??；三錐旋流器對(duì)于1450kg/m3顆粒的分選效果受粒度影響較大，經(jīng)過分選，中細(xì)粒級(jí)顆粒從溢流口排出，粗粒級(jí)顆粒從底流口排出，粒度過細(xì)會(huì)造成顆粒分選的隨機(jī)性增加，粒度

7、過粗則容易造成顆粒發(fā)生錯(cuò)配現(xiàn)象，而對(duì)于中間粒級(jí)顆粒的分選效果則相對(duì)較好。然后，對(duì)三錐旋流器和單錐旋流器內(nèi)的顆粒群進(jìn)行模擬分選試驗(yàn)，并與實(shí)驗(yàn)室分選試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，兩種試驗(yàn)的結(jié)果均表明：相比于單錐旋流器，三錐旋流器具有更好的分選效果，其溢流灰分更低、分選精度更高。
　　通過本課題的研究，揭示了三錐旋流器提升粗煤泥分選效果的機(jī)理，完善了三錐旋流器的分選原理，為三錐旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)的選擇、優(yōu)化提供了一定的理論依據(jù)，也為后續(xù)更加深