環(huán)空射流吸氣攪拌裝置結構優(yōu)化及氣泡生成機理研究.pdf

1、泡沫浮選作為細粒礦物分選方法，在選礦作業(yè)中占有重要位置。浮選設備作為浮選過程的載體，直接影響到浮選的效果，因此對于浮選設備的開發(fā)和應用一直是浮游選礦的重點研究對象?，F(xiàn)有浮選設備主要包括機械攪拌式浮選機、噴射式浮選機、浮選柱等。浮選設備的氣泡生成裝置和攪拌裝置作為設備工作過程中供氣和混合礦漿的核心部件，在使用的過程中都具有特點，也暴露出不足。本文結合現(xiàn)有浮選設備的供氣機構和攪拌裝置的優(yōu)缺點，設計一種環(huán)空射流吸氣攪拌裝置，利用環(huán)空淹沒射流沖

2、擊的方式進行吸氣的同時驅動葉輪旋轉，實現(xiàn)有效利用淹沒射流損失的能量的同時得到充足的吸氣量、合理氣泡分布體系和葉輪攪拌速度，從而獲得利于礦化浮選的三相流場。
　　為達到設計目的，本文把研究重點放在了噴頭與葉輪在淹沒狀態(tài)下的配合以及氣泡生成機理上。通過結合CFD數(shù)值模擬、高速動態(tài)攝像技術、壓力傳感器和扭矩傳感器等先進測試技術以及試驗對比驗證的方法，對本裝置工作過程中噴頭環(huán)空射流吸氣，淹沒射流，射流沖擊以及葉輪旋轉攪拌等4個連續(xù)工作階段

3、內涉及的機械結構優(yōu)化和氣泡生成過程進行了研究，主要研究內容和結論如下:
　　1.以氣液兩相流為介質，采用Fluent軟件模擬結合試驗驗證的方法，研究了淹沒射流狀態(tài)下環(huán)空射流噴頭內的能量耗散特性以及吸氣特性。從流場分布、湍流能量耗散、渦量變化等角度分析了不同參數(shù)對噴頭吸氣量和氣液比的影響。結論表明:不同入流壓強下低管徑比對氣液比存在高可控性;不同管徑比下高引射流入流壓強對氣液比存在高可控性，長管嘴距下氣液比的增量要小于短管嘴距條件下

4、的氣液比，但長管嘴距條件下氣液比卻有較大的值;這些特性與不同入流壓強時引射流與槽內水的壓差以及不同管徑比和管嘴距時入射流對噴嘴的封閉作用有關。
　　2.借助擴散硅壓力傳感器測試系統(tǒng)，分析了有、無吸氣和不同氣液比狀態(tài)下淹沒射流對沖擊壓力的影響，結果表明:由于氣泡的存在，浮射流沖擊力大于淹沒射流沖擊力，且沖擊力的差值隨著氣液比的上升逐漸縮小。分析了不同工況下氣液兩相浮射流流速和沖擊壓強的衰減過程，結果表明:浮射流在較低的入流壓強、管嘴

5、距和管徑比條件下沖擊壓強軸向衰減過程接近線性，在較高的工況下遵循冪函數(shù)變化規(guī)律，而在水束同截面徑向方向上遵循正態(tài)分布規(guī)律。無論是軸向流動遵循冪函數(shù)變化規(guī)律還是徑向流動遵循正態(tài)分布規(guī)律，流速都存在由緩慢衰減到快速變化的突變結合點，從而作為我們選取葉輪長寬比以及噴頭與葉輪作用間距的選取依據(jù)。同時試驗還表明:由于受到浮力的作用，射流水束在遠離噴頭出流口的地方出現(xiàn)軸向射流向液面偏離的現(xiàn)象，這種偏離現(xiàn)象在較高的入流壓強、管嘴距和管徑比時有所減緩。

6、建立動態(tài)扭矩傳感器測試系統(tǒng)，研究不同葉片長寬比扭矩變化情況。結合理論分析，選取最佳葉片長寬比，通過不同的噴頭數(shù)與葉片數(shù)配合進行速度測試試驗，選取最佳的葉片數(shù)量和噴頭數(shù)量，這也為噴頭與葉片的選取提供一種研究方法。
　　3.分析了淹沒射流段、射流沖擊段、旋轉攪拌段三個階段氣泡的大小和粒徑分布，結果表明:淹沒射流階段，隨著入流壓強的增大，氣泡的Sauter直徑逐漸減小;粒徑的分布上中間粒徑和大粒徑氣泡的含量逐漸降低，氣泡的粒徑集中度越高

7、，氣泡粒徑分布越均勻。同樣，隨著管徑比和管嘴距的提高，氣泡Sauter直徑逐漸減小，粒徑的分布上中間顆粒的含量卻逐漸升高，氣泡直徑分布極差較小。相較于淹沒射流段，射流沖擊段的氣泡與淹沒射流段有相似的氣泡變化規(guī)律，但氣泡Sauter直徑小于淹沒射流段，中間顆粒的含量在相同的工況下含量更高。旋轉攪拌段相同工況下Sauter直徑未發(fā)生較大改變，但中間顆粒的含量相較于淹沒射流段和射流沖擊段更高，這主要是由于射流沖擊段和旋轉攪拌段對大粒徑顆粒的分

8、割效果較淹沒射流段更加明顯。根據(jù)不同變量參數(shù)下湍動能k和湍流耗散率ε對氣泡大小和分布的影響，引入湍動能和湍流耗散率為“媒介變量”來解釋和調控本裝置的氣泡生成機理。
　　4.對氣泡生成機理進行綜合評價，試驗表明:起泡劑的加入對氣泡表面進行包裹，使得氣泡表面張力降低，氣泡體系穩(wěn)定性增強，因此降低了不同變量參數(shù)對氣泡粒徑的調節(jié)可控范圍。分析了環(huán)空射流吸氣攪拌裝置、射流吸氣裝置、旋轉攪拌裝置三種裝置對氣泡大小和分布的影響，結果表明，在氣泡