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        射流式微泡发生器三相流动行为研究

        发布日期:2019-04-05  来源:有色金属  作者:郭彦军  浏览次数:279
           微泡发生器是浮选系统的最基本构件,其性能 的好坏会对气浮过程中的含气率及微泡的直径及其 分布造成很大作用,直接会对微泡气浮的分选效果 等造成影响[1]。因此,基于微泡发生器的使用需求 以及开发探索的深入,传统微泡发生器越来越凸显 出很多问题,越来越多的研究人员开始关注这类问题并对通过数值分析和试验等方法来对微泡发生器 进行改造升级。
          采用了一种射流式微泡发生器并建立了矿 物浮选试验系统,根据微泡发生器三相流动特性,提 出了基于双流体模型的三相流动力学模型。常温常 压条件下基于三相流动力学模型,运用CFD理论和Fluent分析软件对射流式微泡发生器内气一固一液三 相流动行为进行数值模拟,得到了其内部三相流的 流场分布[2。3]。本文的研究方法能够对相关设备的 开发提供一定的参考。
          所用的矿物浮选试验系统原理图如图3所 示,主要器材包括:浮选柱(内经185 mm,外径200 mm,柱高3 000 ram)、压力计、水箱、水泵、微泡发生 器和空气压缩机等,试验装置。使用材 料为透明的有机玻璃以便于观察浮选柱内的情况, 进一步观测微泡大小及其与絮粒相互结合现象。通 过空气压缩机(气压可在0.1~0.7 MPa内调节)来 给微泡发生器输入其所需要的压缩空气。通过水箱 和水泵共同来完成浮选柱内矿浆循环,具体过程如 下:水泵将矿浆从水箱出口中抽至水箱人口来完成。
         
                      微泡发生器内三相流体动力学模型
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          根据所要研究的发生器三相流特性,提出了基 于双流体模型的三相流动力学模型。该模型具有如 下特点:将液相考虑为连续相,矿粒为经过液相流化 后的拟均相,气相以微泡形式在液相中离散化;采用 的方法结合了E/E模型和碰撞理论;拟均相比单液 相黏度密度更高,本质上是液一固悬浮物,可以用有 效物性参数来修正。三相流各相相互作用主要有: 直接相互作用如气相(微泡)跟液相、固相(矿粒)跟 液相间的作用;间接相互作用如气固两相(微泡与矿 粒)、双气相(不同微泡)以及固相(不同矿粒)间的作 用等,如图5所示。离散微泡相除了自身的湍流脉 动,还跟连续相间存在着质量、动量与能量交互,导 致了其质量、动量和能量的湍流输运,连续相脉动的 交互、产生、对流和扩散决定了离散相的脉动情况。 此模型内液相按照Navier—Stokes瞬态方程组来进 行运动,矿粒相遵循了牛顿力学定律,最后建立了基 于分析微泡相和液一固混合物的相互协调机制。
          文运用雷诺输送方程和欧拉方程,结合质量 守恒定律和基于Navier—Stokes方程牛顿第二定律, 应用牛顿第三定律处理三相之间交互作用,以双流 体模型为基础,建立了微泡发生器内气液固三相流 动特征控制方程。
         

         
         
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