第五章 干扰床分选机内流场的数值模拟.docVIP

第五章 干扰床分选机内流场的数值模拟 本章主要介绍了实验室干扰床分选机洗选系统的建立过程，系统总布置，各设备的连接方式，物料及水循环系统，泵的选型。同时构建了与其相同参数的计算模拟模型。详细说明了在数值模拟计算过程中网格的划分方式，边界条件的设定，物理模型的选择以及各参数的设定方法。分析了不同筒体高度下试验结果和模拟结果的关系，最后对不同入料方式和不同分布器结构下TBS的运行情况做了总结。 5.1 建立干扰床分选机系统 5.1.1 系统总图 干扰床分选机粗煤泥洗选系统于2010年5月建立，其系统总图5.1如下所示。 图5.1 干扰床分选机设备布置图 Figure 5.1 TBS equipment layout 清水池；B.沉淀池；C.干扰床分选机；D.入料缓冲仓；E.分级旋流器) (A. Clear pool；B. Sedimentation pool；C.TBS；D. Feed surge bin；E. Grade cyclone) 5.1.2 干扰床分选机总图 干扰床分选机筒体、溢流堰及分布器为10mm厚有机玻璃制造，目的是可以对系统内部干扰沉降的情况进行观察。如下图5.2所示，考虑到溢流量可能会较大，制作了更大的溢流堰和三个溢流管，底图侧面一个红阀为事故阀。本系统中入料是旋流器底流先进入缓冲仓，然后再无压垂直给入TBS。而在实际生产中，实验设备中的入料管一般为入料井，入料方式是旋流器底流切向给入。 图5.2 干扰床分选机设计图与实际设备 Figure 5.2 Teetered bed separator design and the actual equipment 5.1.3 分布器的设计 如上文4.1.4中对影响干扰床分选机分选效果的因素中所述，分布器对设备内部流场有很大的影响所用，因此，分布板的设计正确与否直接决定干扰床分选机的分选精度。具体的来说，应注意以下三点： A．分布器的作用是均匀分布水流，同时使其压降最小。这可以通过正确地选取分布板的开孔率即开孔分布方案，以及选择适当的预分布等手段达到。 B．分布器必须使干扰床有一个良好的起始流态化状态。在分布器附近创造良好的液固接触条件，即顶水流出分布器的一瞬间，流场的流型和湍流程度应使其上的煤颗粒都受到流场影响，排除形成“死角”即颗粒沉积到分布器上的可能性。这可以通过改变分布器的结构参数和干扰床分选机的操作参数来保证。 C．需保证在连续工作过程中，分布器不被堵塞和磨蚀。 因此开孔率及喷嘴口大小并非定值，而由干扰床分选机处理量、入选原煤性质、分选机内顶水流速及泵的流量和扬程决定。 分布器的开孔率η计算方法如下式： ，n为分布器上孔的个数；r为孔的半径；干扰床分选机筒体半径。 顶水通过分布器后的流速 ，φ为小孔流量系数，通常可取0.60 ~0.62 ；g为重力加速度；h为开孔以上的液层高度。同时 ，P2为分布器内液体的压力；P1为筒体内的压力；γ为水的重度。 分布板的设计如下，分别是孔数为40个，即0.11hdes/cm2；孔数为50个，即0.15hdes/cm2；孔数为60个，即0.19hdes/cm2，如下图5.3所示。小孔半径均为2.5mm，在分布上按同心圆布置，同心圆均匀划在底流口外，半径分别为22mm、41.5mm、61mm、80.5mm。最内圈布置喷孔4到6个，其余各圈为最内圈的倍数；同心圆为3到5圈不等，同时由于壁面作用和底流口的存在，最外圈和最内圈应分别与筒壁和底流口较近；所有的喷孔在同心圆上旋转一定角度，保证它们之间的距离尽量均匀。 图5.3 孔数60的分布板设计图和实际样品 Figure 5.3 Design of distribution board holes 60 and the actual samples 5.1.4 物料及水循环系统 如图5.4所示，为TBS分选系统物料及水循环系统。开机时，先将系统内矿浆清洗干净，并在沉淀池和清水池内注水，然后开启清水泵，待TBS内充满水后，开启渣浆泵。此时整个系统中水达到循环使用。在沉淀池中加入煤样，渣浆泵将煤浆打入分级旋流器之中。其底流作为TBS入料，从顶部给入；溢流直接打回清水池，并被清水泵打入TBS底部，作为顶水使用。通过TBS分选作用，入料被分离为精矿和矸石，分别取样，之后仍进入沉淀池混合，作为连续入料，继续试验。 图5.4 干扰床分选系统连接图 Figure 5.4 Teerted bed separator system connection diagram 5.1.5 泵的选型 主要对所需的流量和扬程进行计算，管道所需流量计算公式如下： ，其中Qp为管道计算流量，L/s；KQ为不均匀系数，一般取为1.15-1.25；Q为工艺流程所需的流量，