机械搅拌式浮选机的流体动力学分析.

2009年第3期煤矿机电・5l・

机械搅拌式浮选机的流体动力学分析冰

徐振法1,韩伟2

(1.安徽工程科技学院机械工程系,安徽芜湖241000;2.兰州理工大学流体动力与控制学院,甘肃兰州730050

摘要:利用计算流体动力学分析软件Fluent模拟计算机械搅拌式浮选机的内部流场。计算结果标明,矿浆在槽体内螺旋上升和螺旋下降的循环流动,存在流动死区和短路现象,湍流强度分布呈现对称性,最大湍流强度出现在叶片流道内,进出口对其影响不大。

关键词:计算流体动力学;浮选机;数值计算;内部流场

中图分类号:TD456文献标识码:B文章编号:I{301—0874(200903-0051—02

CFD Analysis of Mechano—mixed Floating Cell

XU Zhen-fal,HAN Wei2

(1.Department of Mechanical Engineering,Anhui University of Technology and Science,Wuhu241000,China;

2.School of Fluid Power and Control nzhou University of Technology,Lanzhou730050,China Abstract:The flow field in the mechano—mixed floating cell is simulated by computational fluid dynamics software Fluent.The results indicate,the pulp in floating cell is circulating with spiral uprising and downbeat vortex.The flows have dead space and short-circuit.The distribution of turbulent strength appears symmetry property and its maximum appears in the flow channels of blade,and the inlet and outlet influences are very weak.

Keywords:CFD(Computational Fluid Dynamics;floating cell;numerical simulation;inner flow field

浮选机是选煤厂的重要设备,我国国产浮选机

的规格、性能已基本达到世界先进水平‘1l。本文利

用CFD软件Fluent对充气机械搅拌式浮选机槽内

固液两相湍流流动进行了数值模拟,得到了浮选机

槽内的速度场分布、湍流强度分布等信息,并作详细

分析。

1建立模型和划分网格

机械搅拌式浮选机结构比较复杂,利用Pm/E 软件建立流道三维实体模型,并对结构进行局部简化。流道分为进口段、叶片流道、定子流道和槽体四个计算区域。

利用ICEM—CFD软件划分网格,如图1所示。

2控制方程

采用标准K.￡双方程湍流模型,计算浮选槽内

宰安徽省科技攻关项目(编号:06012095B;

安徽工程科技学院青年基金资助项目(编号:2007YQ029的固液两相湍流流动,其控制方程组如下:

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万方数据

・52・煤矿机电2009年第3期

瓦D6=爿(一叫嘶,1+

c。。簧【气K(詈+警一争护】一c砬妄c4,

式中:Ⅱ;为速度张量;r为时间,s;p为介质密度,kg/m3.p为相对压力,Pa;D为全导数,历D=善+吩羞;岛=【01,,fi刊=j;t,为运动粘滞系数,m2/s;l,t为动力粘滞系数,N・

s/m2。常数分别为:气=0.09,c最= 0.09,盯j【=1.0,矿。=1.3,c。l=1.44,c正=1.92。

3计算结果分析

(1运动迹线

图2是矿粒的运动迹线图,以叶轮和定子系统为分界,槽内有上、下两个循环结构。上部循环比较大,下部循环的迹线较密。下部是强烈的搅拌区,中间是相对平稳的分离区,上部是稳定的泡沫层,这样的分布正好符合浮选的要求心]。矿浆在槽内作上升和下降的旋转运动,能与气泡充分接触和碰撞,不会沉积堵塞出口。

豳2矿粒运动迹线圈

(2矿粒分布

机械搅拌式浮选机叶轮将矿浆甩出,通过定子,进入槽内进行搅拌。分析槽内的矿粒分布,可对相应零件进行磨损预测。定子表面的矿粒分布并不均匀,在定子上部和下部的进口处,矿粒比较集中,可以定性判断定子的这些部位磨损比较严重∞J。

(3速度场分布

图3是叶轮和定子系统的速度场分布图。说明叶轮有很好的自吸性能,在叶轮和定子中间的区域内矢量分布紊乱,可使搅拌更为均匀,能够产生气泡,使气泡和矿粒吸附‘4|。

发现在定子上部有一个死区,矿浆从叶轮流出,碰到定子固定板后被迫向上流动,与向下环流的矿浆相遇,形成漩涡,影响浮选效率。应适当调整叶轮和定子的间隙,以消除死区。

还发现有一部分矿浆从定子流出后直接通过出口流出浮选槽。因此应降低出口高度,避免短路发生㈣。

图3叶轮与定子系统速度场分布图

(4湍流强度分布

浮选槽底部的湍流强度明显高于槽的上部,湍流强度最大值出现在叶片流道区域内,槽内湍流强度分布对称,进出口影响不大‘引。

4结论

利用计算流体动力学分析软件可以模拟计算浮选机内部流场。机械搅拌式浮选机槽内的循环流动,使矿浆在槽内停留时间延长。部分矿浆直接流向出口,造成短路,降低出口高度可以改进。定子上部存在一个流动死区。槽体内湍流强度分布呈现对称性,最大湍流强度出现在叶片流道内。

参考文献:

[1]徐晓军,牛福生,宫磊.我国浮选机研究现状与发展趋势[J].

云南冶金2002(6.

[2]沈政昌,刘振春,卢世杰,等.KYF-50充气机械搅拌式浮选机

研制[M].矿冶2001(3.

【3]陈文义,姜楠,王振东.流体力学在选矿中的应用[J].力学与实践,2004(5.

[4]林建.双流态微泡浮选机气液两相流测试结果分析[J].煤炭