《三產品旋流分級篩顆粒透篩分級機理研究》是依託中國礦業大學，由陳建中擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：三產品旋流分級篩顆粒透篩分級機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳建中
- 依託單位：中國礦業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
解決細粒物料高效分級成為近年來的研究熱點。申請人把弧形篩分與水力旋流器融合，發明了三產品旋流分級篩，能顯著提高煤泥分級效率，但透篩機理及調控機制尚未明確。本項目擬採用理論分析、樣機試驗PIV測試、Fluent和基於Fluent-EDEM耦合的CFD數值模擬相結合的方法，從顆粒動力學分析入手，用低濃度PIV測試結果修正計算模型，用數值模擬實驗研究內部旋流場各物理量分布，獲得顆粒運動規律，揭示離心強度、篩縫尺寸等主要因素對透篩影響機制；通過沿篩網高度方向布點採樣獲得透篩礦漿參數，結合模擬結果建立透篩量、透篩粒度與高度、離心強度、篩縫寬度等的函式關係，揭示透篩機理；對數值模擬實驗結果用灰色系統理論建立透篩分級效果與結構參數、工藝參數及物性參數的關聯模型；找出高效分級參數集，提出結構最佳化方向。本項目對完善旋流場兩相流透篩理論具有重要理論意義；為最佳化設備結構進一步提高分級效率，保證穩定生產提供理論與實驗依據。
結題摘要
三產品旋流分級篩（TPHS）通過在傳統水力旋流器（CH）內增設柱段篩網創新的實現了離心和篩分耦合作用下的（簡稱“耦合”）顆粒分級。近年來，主要通過實驗探索的方式對TPHS進行結構最佳化、過程調節及性能預測等研究，但對其內部多相流動的認識尚不充分，對其流場特徵和顆粒透篩機理的準確描述尚屬空白。因此，課題圍繞TPHS，從多相流體動力學角度出發，以CFD和DEM理論分析為切入點，在合理仿真理論體系建立的基礎上，對耦合流場的多相流動進行數值模擬，在模擬結果與相同條件下的物理樣機實驗對比驗證的基礎上，深入研究了設備內耦合流場分布特徵和顆粒透篩機理，揭示了流體及顆粒運動規律。主要研究內容和結論包括：（1）藉助PIV技術對φ75mmTPHS柱段篩網內耦合流場進行測試，獲得了精確的流場信息；（2）以φ75mmTPHS為對象進行耦合流場的幾何建模，以VOF和RANS算法進行流動建模，可獲得穩定的巨觀流動，並進行了有效性驗證；（3）藉助CFD仿真技術，對耦合流場分布特徵進行全面分析：流體沿切向高速給入TPHS後做旋流向下運動，形成篩下流、外旋流、內旋流、透篩流等；與CH相比，耦合流場具有更低切向速度和更高徑向速度；耦合流場的靜壓呈軸對稱分布；耦合流場的湍流強度I、湍動能k和湍流耗散率ε值分布類似；流體透篩量和篩下返流量均與入口速度成正比；建立了單一篩縫下流體透篩流量及占比方程，並指出篩網兩側壓差是流體透篩的根本原因；進行了流場最佳化；（4）採用CFD-DEM模擬對耦合流場內的顆粒運動進行研究：與CH不同，顆粒在TPHS內是在離心和篩分共同作用下分級的，可分為入料柱段的預先分層、柱段篩網的耦合分級和錐段區域的離心分級；並且，相同條件下，TPHS比CH具有更好的顆粒分級效果；在顆粒透篩過程中，曳力是主導作用力，虛擬質量力和壓力梯度力阻礙顆粒透篩運動，重力可忽略，碰撞作用力隨機影響。
