旋流器入口方式對分選效果的影響

楊曉晶（1.太原理工大學 礦業工程學院,太原 030024；2.呂梁職業技術學院，山西 孝義 032300）

旋流器入口方式對分選效果的影響

楊曉晶1，2
（1.太原理工大學 礦業工程學院,太原 030024；2.呂梁職業技術學院，山西 孝義 032300）

采用Fluent軟件，利用RSM湍流模型和Mixture多相流模型分別對采用漸開線入口方式和切線入口方式的兩種兩產品重介質旋流器（DSM）進行了數值模擬，分析了入口方式對旋流器內部速度和壓力分布的影響。研究發現采用漸開線入口方式的重介質旋流器，其內部速度和壓力分布規律更有利于礦物分選。

數值模擬；入口方式；壓力分布；礦物分選

旋流器主要用于礦物的分選，其分選效果的好壞，直接影響選礦的效果。對于旋流器來說，影響其分選效果的主要因素包括旋流器的結構參數和旋流器的工藝參數[1]。本文主要利用CFD（Computational Fluid Dynamics）技術從結構參數方面研究入口方式對礦物分選效果的影響，分別采用漸開線和切線兩種入口方式進行數值模擬，并對最終的模擬結果進行了比較。

1　DSM旋流器的模擬條件

1.1DSM旋流器的結構參數

對于本次模擬的兩種旋流器，其主要差異在于入口方式上，分別采用了漸開線入口和切線入口，主要參數如表1所示。

表1　DSM旋流器的結構參數

1.2模擬邊界條件的選擇

本次模擬的對象為空氣和水，在利用Fluent進行模擬時，將進料口設定為速度入口，速度大小設定為10 m/s，底流口和溢流設定為壓力入口。

1）進口條件。在Fluent中各種壓力都是相對壓力值，因而進口處的相對壓力在本模擬中其值應為0。

式中：Ve為進料口的試驗平均速度，m/s；Qe為進料流量，m3/s；De為進料口直徑，m；ke為進料口湍動能，m2/s2；εe為進料口湍動能耗散率。

2）出口條件。根據Fluent軟件的使用說明書估算出口條件。

式中：Re為雷諾數；V為出口的平均試驗速度，m/s；D為出口的內直徑，m；v為運動粘性系數，Pa/s；I為湍流強度；l為湍流長度標尺，m；L為水力直徑，m。

3）壁面的處理。將旋流器壁面設為標準的固壁。

1.3數值模擬的一般流程

在利用Fluent軟件進行數值模擬之前，需要利用ICEM軟件對DSM旋流器進行建模和網格劃分，漸開線入口和切線入口網格模型見圖1。然后將劃分后的網格導入Fluent軟件，按要求設定相應的參數，最后進行數值模擬。對于參數的設定，在查閱了大量文獻資料后，模擬邊界條件按上文所述進行設定。對于離散方法的選擇，壓力相采用PRESTO法，壓力-速度的耦合采用SIMPLE方式，壓力、動量、能量和體積等方程均采用Second Order Upwind離散格式，湍流模型和多相流模型分別選擇RSM模型和Mixture模型[2-3]。采用上述方法進行數值模擬，迭代的松弛因子采用Fluent軟件的默認值。經過多次迭代，各項殘差曲線達到收斂，利用Fluent自帶的圖形后處理功能對計算結果進行分析。

2　模擬結果分析

為了能更直觀地反映入口方式對分選效果的影響，在入口處截取z=-100 mm位置處的靜壓力分布云圖進行分析，而對于內部流體部分，則截取在z=-1 100 mm處的靜壓力和速度分布曲線進行分析。

2.1入口處靜壓力分布

入口處靜壓力分布圖見圖1，從中可以看出，漸開線入口處的靜壓力分布相對于切線入口來說，在旋流器內部沿徑向的分布上更加均勻，靜壓力的均勻分布，有利于減少紊流現象，提高礦物的分選效果，實現礦物的預分選。

z=-1 100 mm處靜壓力沿徑向分布曲線見圖1，無論是漸開線入口還是切線入口，靜壓力在徑向方向上，都呈現出相同的變化規律，即從壁面到中心處靜壓力由大變小，在中心處變為負壓。但是靜壓力在旋流器徑向同一位置處，漸開線入口的靜壓力與切線入口的靜壓力相比，在距離中心位置200 mm~500 mm內，前者大于后者，而在0 mm~200 mm內，后者大于前者。這說明了漸開線入口的旋流器在內部壓力損失方面要小于切向入口方式。壓力損失減少，可以保證旋流器內部在壓力分布相同時，漸開線式旋流器入口處的壓力可以適當減少，這樣可以有效減少能量損耗，同時減少了對設備的磨損。

圖1　入口處靜壓力分布

圖2　z=-1 100 mm處靜壓力沿徑向分布曲線

2.2速度分布

z=-1 100 mm處速度大小沿徑向分布曲線見圖3，可以看出，當兩種旋流器以相同的入口速度給入物料時，漸開線入口的旋流器內部流體速度在徑向分布上明顯大于切線入口的旋流器。這說明漸開線入口的旋流器在入口處能量損失小于切線入

圖3　z=-1 100 mm處速度大小沿徑向分布曲線

口的旋流器。能量損失減少，既節約能量又可以提高離心力，提高分選效果。

3　結論

通過對漸開線入口和切線入口兩種形式的旋流器進行分析，可以得出以下結論：

1）漸開線入口的旋流器，在入口處靜壓力分布上比以切線入口的旋流器更加均勻，減少了紊流現象，可以實現礦物的預分選。

2）漸開線入口的旋流器的靜壓力在徑向分布上相對于切線入口的旋流器來說，其內部的壓力損失相對較小，有利于減少能量損失，同時在相同壓力條件下，更有利于減少設備磨損。

3）漸開線入口的旋流器的速度在徑向分布上大于切線入口的旋流器，在相同的入口條件下增大了離心力，可以提高礦物的分選效果。

[1]王祖瑞，石德明，王振國，等.重介質選煤的理論與實踐[M].北京：煤炭工業出版社，1988.

[2]劉峰，郭秀軍，錢愛軍.DWP重介質旋流器流程的數值模擬[J].煤炭學報，2007，32（2）:186-189.

[3]劉峰，錢愛軍，郭秀軍.重介質旋流器流場湍流數值計算模型的選擇[J].煤炭學報，2006，31（3）：346-350.

（編輯：楊鵬）

Effects of Inlet Modes of Cyclone on Separation

YANG Xiaojing1，2
（1.College of Mining Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024，China；2.Lvliang Vocational Technical Institute，Xiaoyi 032300，China）

With software Fluent，two DSM dense medium cyclones,with involute inlet and tangent inlet respectively,were simulated based on RSM turbulence model and Mixture multiphase model.The effects of inlet modes on the internal speed and pressure distribution of the cyclones were studied.The results show that the DSM dense medium cyclone with involute inlet is more suitable for mineral separation in terms of internal speed and pressure distribution.

numerical simulation；two inlet modes；pressure distribution；mineral separation

TD455.7

A

1672-5050（2016）02-0073-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.02.023

2015-10-22

楊曉晶(1981-)，男，山西汾陽人，在讀工程碩士，助理工程師，從事選煤方向教學工作。