大型机械搅拌充气式浮选机内部流场的数值模拟

论文摘要

大型机械搅拌充气式浮选机具有选矿处理能力强、单位容积功耗小等优点,在选矿行业中的应用越来越广泛。目前,大型浮选机一般都是通过参照小型浮选机的机械结构,按照比例放大关系进行设计,尚未从内部流场层面进行精细化的设计,基本上还处于经验性设计阶段。机械搅拌充气式浮选机的内部流动是由矿物颗粒、浮选药剂、气泡和水等构成的复杂气-固-液三相湍流流动,其浮选过程涉及到多种物理过程,其中多相流动过程是浮选机内部的基本物理过程,其多相流体动力学特性决定了浮选机的主要浮选动力学性能。本文通过对浮选机内部多相流动特性的研究,寻求浮选机结构参数与流场特征以及浮选动力学参数之间的关系,为浮选机的结构设计和优化运行提供理论依据和技术指导,主要内容如下:1)根据机械搅拌充气式浮选机的结构特点以及浮选作业过程其内部的多相流场特征,忽略了泡沫层对流场结构的影响,对浮选机内部流动区域进行了简化,并将其划分为矿浆-空气混合区、矿化气泡输运区和非目的矿粒沉降分离区三个区域;2)基于多相流基本理论和矿浆-气泡的流动特征,忽略浮选药剂对矿浆与气泡的作用,对大型机械搅拌充气式浮选机内部多相流动进行了深入研究,提出了采用混合多相流模型和RNGk-ε湍流模型对浮选机内部流场进行描述;3)采用上述模型和方法,利用FLUENT软件对JFC-150型浮选机在5种不同叶轮结构情况下的浮选机内部多相流进行了流场数值模拟与分析,获得了叶轮结构对浮选机内流特性的影响规律以及与浮选动力学参数之间的关系。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题目的和意义
• 1.2 多相流体动力学的研究与进展
• 1.2.1 多相流体力学模型的研究进展
• 1.2.2 多相流动的数值模拟方法
• 1.2.3 CFD中的多相流模型
• 1.3 浮选机的研究现状
• 1.3.1 浮选机的简介
• 1.3.2 浮选过程分析
• 1.3.3 矿物分选对大型浮选机的要求
• 1.3.4 浮选机结构参数的设计研究
• 1.3.5 关于浮选机内部流动的研究
• 1.4 本文工作概述
• 第2章 CFD理论和数学模型综述
• 2.1 CFD模型的数值求解方法概述
• 2.1.1 有限差分法
• 2.1.2 有限元法
• 2.1.3 有限分析法
• 2.1.4 有限体积法
• 2.2 流场数值计算算法分析
• 2.3 CFD中的三维湍流模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 模型建立和网格划分
• 3.1 模型的建立
• 3.1.1 Pro/ENGINEER系统简介
• 3.1.2 浮选机三维实体建模
• 3.2 网格划分
• 3.2.1 网格划分技术
• 3.2.2 网格质量优化
• 3.2.3 ICEM-CFD划分网格的特点
• 3.2.4 本文五个模型的网格划分
• 3.3 本章小结
• 第4章 浮选机内部流场CFD计算及结果分析
• 4.1 基本设计参数
• 4.2 浮选机内湍流计算
• 4.2.1 浮选机内气固液多相流动型态与简化
• 4.2.2 浮选机内气固液多相流动的数学模型与数值求解
• 4.2.3 计算的边界条件和初始条件
• 4.3 截面与分点定义
• 4.4 清水介质下数值模拟结果及分析
• 4.5 气固液三相介质下的模拟结果及分析
• 4.5.1 计算结果显示
• 4.5.2 三相介质下模拟结果分析
• 4.5.3 机械搅拌充气式浮选机内流动特性分析
• 4.5.4 叶片进口安放角对浮选机浮选动力学性能的影响
• 4.6 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录