【摘要】：水力旋流器是利用離心力場(chǎng)強(qiáng)化多相流分離的有效分離設(shè)備,它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部件、分離效率高和易于自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于選礦、化工、生物等眾多工業(yè)領(lǐng)域。在礦物加工領(lǐng)域,水力旋流器常用于分級(jí)、濃縮、脫泥和澄清等作業(yè)環(huán)節(jié)。雖然旋流器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但是內(nèi)部流場(chǎng)十分復(fù)雜。分析旋流器內(nèi)部流場(chǎng)及顆粒運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,掌握旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)、操作因素和物料因素對(duì)旋流器分級(jí)效率的影響,是旋流器開發(fā)與應(yīng)用的關(guān)鍵。為了降低煤泥分級(jí)的粒度下限,本文研究了水力旋流器超細(xì)分級(jí)機(jī)理。利用該技術(shù),并與煤泥離心重選、離心脫水技術(shù)相結(jié)合,可形成全新的煤泥離心重選工藝。在閱讀相關(guān)文獻(xiàn)之后,首先分析水力旋流器內(nèi)水相流場(chǎng)運(yùn)動(dòng),然后分析煤泥顆粒在水相流場(chǎng)中的跟隨性規(guī)律,最后分析了煤泥顆粒在水力旋流器內(nèi)徑向運(yùn)動(dòng)規(guī)律和軸向運(yùn)動(dòng)規(guī)律。通過(guò)Krebs水力旋流器(φ100mm)煤泥超細(xì)分級(jí)試驗(yàn),確定操作因素和物料因素對(duì)水力旋流器性能的影響。試驗(yàn)得出,Krebs水力旋流器的最佳操作因素和物料因素為:入料壓力0.04MPa、沖洗水壓為0.015MPa、入料濃度為10%。最后利用Design-Expert軟件中的Box-Behnken響應(yīng)曲面功能設(shè)計(jì)正交試驗(yàn),得到水力旋流器的陡度指數(shù)、漢考克綜合效率、分級(jí)粒度和底流中-0.045mm超細(xì)物料含量的數(shù)學(xué)模型。借助計(jì)算流體力學(xué)(CFD)技術(shù),對(duì)試驗(yàn)所用的φ100mm Krebs水力旋流器進(jìn)行測(cè)量并建模,確定模擬所需的計(jì)算模型、初始條件和邊界條件,計(jì)算選擇的模型為VOF+RSM+DPM。將CFD模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較,發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)研究與CFD模擬所得的結(jié)果吻合度較好,這說(shuō)明CFD模擬所設(shè)置的參數(shù)是可信的,Fluent軟件計(jì)算結(jié)果的可靠性高。試驗(yàn)所用的Krebs水力旋流器雖然能夠滿足煤泥超細(xì)分級(jí)的需要,但是其直徑小,處理能力低,與當(dāng)前選煤廠的規(guī)模及其煤泥水量不匹配。與此同時(shí),試驗(yàn)所用的Krebs水力旋流器在工作時(shí)需要沖洗水,這既會(huì)增加系統(tǒng)復(fù)雜度和能耗,也會(huì)降低旋流器底流濃度,不利于煤泥離心重選的入料。故作者根據(jù)Krebs模擬所得的初始條件、邊界條件以及計(jì)算模型,以選煤廠中常用的φ500大直徑水力旋流器為研究對(duì)象,模擬研究旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)、操作因素和物料因素對(duì)水力旋流器分級(jí)性能和分級(jí)粒度的影響,發(fā)現(xiàn)以下規(guī)律:(1)增加溢流管直徑,會(huì)導(dǎo)致水力旋流器分級(jí)效率和總壓降的同步下降,其中總壓降的降幅更大。(2)增加溢流管插入深度,會(huì)導(dǎo)致水力旋流器總壓降的快速上升,但對(duì)水力旋流器分級(jí)效率的影響不大。(3)增加底流管直徑,會(huì)提高水力旋流器的分級(jí)效率,降低水力旋流器的總壓降,同時(shí)也會(huì)增加水量比,降低底流濃度。(4)增加水力旋流器圓柱段的高度,會(huì)降低水力旋流器的總壓降,對(duì)水力旋流器分級(jí)效率而言會(huì)先下降后增加。(5)增加水力旋流器錐角,會(huì)降低水力旋流器的分級(jí)效率,增加水力旋流器的總壓降。(6)提高水力旋流器的入料速度,會(huì)提高水力旋流器的分級(jí)效率,增加水力旋流器的總壓降,而且總壓降的增長(zhǎng)幅度較大。(7)在物料濃度較低時(shí),物料濃度對(duì)水力旋流器的分級(jí)效率、分級(jí)粒度和總壓降的影響不顯著。根據(jù)軌道平衡法和零速包絡(luò)面,推導(dǎo)出水力旋流器分離粒度計(jì)算式,分析了旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作因素對(duì)其分級(jí)性能的影響。通過(guò)借鑒借鑒Krebs水力旋流器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),結(jié)合對(duì)大直徑水力旋流器的研究成果,提出了新型水力旋流器超細(xì)分級(jí)設(shè)備概念模型。該新型水力旋流器特色如下:(1)提出環(huán)形給料概念,環(huán)形給料既能降低旋流器的能耗,也能對(duì)煤泥水進(jìn)行預(yù)先沉降,降低短路流對(duì)旋流器分級(jí)造成的不利影響。(2)旋流器圓錐段采用小錐角設(shè)計(jì),降低旋流器的分級(jí)粒度。(3)大錐底設(shè)計(jì),利用旋流器小錐角與底流口大錐底結(jié)合面處的拐點(diǎn),強(qiáng)化湍流清洗的正面作用,增加旋流器底流中微細(xì)顆粒的逃逸幾率,提高旋流器的分級(jí)精度。(4)與煤用水力旋流器相比,新型水力旋流器不占用額外有效空間,后期更換旋流器時(shí)對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)影響較小。通過(guò)CFD模擬,發(fā)現(xiàn)新型水力旋流器在分級(jí)性能和分級(jí)粒度上效果更佳。本論文有圖91幅,表45個(gè),參考文獻(xiàn)183篇。
【圖文】：

研究?jī)?nèi)容及技術(shù)線路圖

圖 2-1 典型水力旋流器Figure 2-1 Typical hydrocyclone圖 2-2 水力旋流器組Figure 2-2 Hydrocyclone cluster力旋流器的工作原理[20-22]是將具有一定密度差的固液、固氣、液液、液或多項(xiàng)混合物以一定的壓力（或初速度）由切線方向或漸開線方向給入流體在旋流器內(nèi)部作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，，流體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生很強(qiáng)的離心
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TD94

【參考文獻(xiàn)】

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4 郭鵬;趙會(huì)軍;慈智;管家新;張悅;;雙錐雙入口型水力旋流器分離效率實(shí)驗(yàn)研究[J];斷塊油氣田;2014年05期

5 崔寶玉;魏德洲;翟慶祥;張思瑤;;水力旋流器內(nèi)部流場(chǎng)的數(shù)值研究[J];東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年06期

6 任瑞晨;程明;張乾偉;李彩霞;;小錐角水力旋流器對(duì)難浮煤泥脫泥浮選工藝試驗(yàn)研究[J];煤炭學(xué)報(bào);2014年03期

7 張鵬;張興芳;樊民強(qiáng);;旋流器底流口調(diào)控方法的試驗(yàn)研究與數(shù)值模擬[J];礦山機(jī)械;2014年04期

8 崔寶玉;魏德洲;李明陽(yáng);FENG Yu-qing;;旋流器內(nèi)空氣柱形成及其影響因素的數(shù)值模擬[J];東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年09期

9 陶有俊;鄧明瑞;孫萌;劉謙;;細(xì)粒煤重介質(zhì)離心分選脫硫試驗(yàn)研究[J];中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2012年05期

10 符瑞華;高俊永;孫瀟;徐日益;許廣球;;旋流耦合膜分離澄清糖漿的實(shí)驗(yàn)研究[J];甘蔗糖業(yè);2012年04期

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本文編號(hào)：2630815