三錐旋流器內(nèi)部流場與顆粒運動模擬研究.pdf

1、隨著采煤機械化程度的不斷提高，選煤廠的粗煤泥含量逐漸增加，如何對其進行高效分選逐漸成為選煤界的焦點問題。實踐表明，三錐旋流器作為一種新型粗煤泥分選設(shè)備，對粗煤泥具有較好的分選效果，遠優(yōu)于單錐旋流器，但是目前對于三錐旋流器提升粗煤泥分選效果的機理以及三錐旋流器的分選原理尚缺乏足夠的認識。為此，本研究課題以三錐旋流器為主要研究對象，單錐旋流器為對比研究對象，采用CFD數(shù)值模擬方法系統(tǒng)直觀的對兩種旋流器內(nèi)的多相流流場及顆粒運動行為進行了對比研

2、究，并考察了結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)變化對三錐旋流器內(nèi)部水-氣兩相清水流場的影響。
　　通過對網(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)果與實驗室測定結(jié)果進行了比較。對比結(jié)果表明所建的CFD模型是準確可靠的，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)的細粒顆粒相，運用Fluent軟件對三錐旋流器和單錐旋流器的多相流流場進行模擬研究，對比分析兩種旋流器流場中的壓力分布、速度分布、空氣柱、湍流強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參數(shù)的分布規(guī)律基本相同，而湍流強度和密度的分布規(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度遠大于單錐旋流器

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)變化對三錐旋流器內(nèi)水-氣兩相清水流場的影響，發(fā)現(xiàn)溢流管直徑和給料壓

5、力對三錐旋流器的影響大于溢流管插入深度。給料壓力的升高，會使旋流器內(nèi)的切向速度和軸向速度增大，湍流強度升高，空氣柱的形成時間縮短；溢流管直徑的增大，會使旋流器內(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，空氣柱的形成時間變長。
　　在流場研究的基礎(chǔ)上，對旋流器內(nèi)的顆粒運動行為進行模擬研究，進一步揭示三錐旋流器的分選原理。首先，對三錐旋流器內(nèi)不

6、同性質(zhì)的單個顆粒進行研究，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，分選所用的時間先增大后減??；三錐旋流器對于1450kg/m3顆粒的分選效果受粒度影響較大，經(jīng)過分選，中細粒級顆粒從溢流口排出，粗粒級顆粒從底流口排出，粒度過細會造成顆粒分選的隨機性增加，粒度

7、過粗則容易造成顆粒發(fā)生錯配現(xiàn)象，而對于中間粒級顆粒的分選效果則相對較好。然后，對三錐旋流器和單錐旋流器內(nèi)的顆粒群進行模擬分選試驗，并與實驗室分選試驗進行對比驗證，兩種試驗的結(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