悬浮液粘度对旋流器分选下限影响的数值模拟与理论研究

摘要

本文旨在从重介质旋流器内部颗粒受力运动的角度探索悬浮液粘度与旋流器分选下限之间的关系问题。在前人对旋流器内部速度场研究的基础上，用数值模拟的流体力学方法，得到流场数据;并结合回归分析的数学方法对数据进行拟合处理，得到结构参数确定的旋流器内部流场的具体数学公式。在前人对固液两相流研究的基础上，认为虽然固相颗粒受力众多，但是在旋流器中真正需要考虑的只有5个力:离心力、浮力、流体阻力、虚拟质量力、Basset力。
　　结合拟合得到的速度场公式和受力分析，提出了旋流器内部颗粒运动的理论:颗粒在入料口处存在“初始命运”的差异;旋流器分选的主要任务是让“初始命运”在外旋流中的煤颗粒在离开底流口之前穿越LZVV，让“初始命运”在内旋流的矸石颗粒在进入溢流管之前穿越LZVV;分选下限颗粒，以煤颗粒为例，最终将经过LZVV与底流口的交界线，且各有50％的机会进入内、外旋流。
　　在不同粘度下得到的Fluent数值模拟结果中分别进行同密度差不同粒度的颗粒追踪，得到不同粘度下的分选下限。从而得到粘度与分选下限的关系。这个关系与忽略虚拟质量力的情况下半定量分析的结果相同:悬浮液的动力粘度增大n倍，旋流器的分选下限增大√n倍。
　　运用流场拟合的结果与颗粒在旋流器中的运动理论来直接计算分选下限，发现在忽略虚拟质量力的情况下，计算得出的分选下限与Fluent数值模拟得出的分选下限相差近3倍;在不忽略虚拟质量力的情况下，由于方程过于复杂，没能得出解，原因在于拟合得到的轴向速度和径向速度的数量表达式过于复杂。

目录

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摘要

第1章 绪论

第2章 速度分布

2．1 流体速度分布

2．1．1 假设与简化

2．1．2 速度分解

2．1．3 切向速度

2．1．4 轴向速度

2．1．5 径向速度

2．2 颗粒速度分布

2．3 本章小结

第3章 颗粒径向受力分析

3．1 常见受力

3．1．1 离心力

3．1．2 浮力

3．1．3 流体阻力

3．2 加速度力

3．2．1 虚拟质量力

3．2．2 Basset力

3．3 流体速度梯度力

3．3．1 Magnus力

3．3．2 Saffman力

3．4 其他力

3．4．1 温度梯度力

3．5 力的处理

3．5．1 等级划分

3．5．2 力的忽略

3．6 运动方程

3．5．1 忽略虚拟质量力方案

3．6．2 不忽略虚拟质量力方案

3．7 本章小结

第4章 数值模拟

4．1 基本理论简述

4．2 具体操作

4．2．1 建模

4．2．2 网格划分

4．2．3 Fluent模拟

4．3 结果分析

4．3．1 整体结果分析

4．3．2 流体切向速度ufθ分析与拟合

4．3．3 LZVV的拟合

4．3．4 流体轴向向速度ufz分析与拟合

4．3．5 流体径向速度ufr分析与拟合

4．4 本章小结

第5章 颗粒运动过程分析

5．1 旋流器内颗粒运动学模型建立

5．1．1 既得结论综述

5．1．2 关于湍流脉动的假设

5．1．3 流体质点运动过程剖析

5．1．4 颗粒运动过程剖析

5．2 分选下限

5．2．1 分选下限与粘度的简单关系

5．2．2 分选下限与粘度的复杂关系

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢