《基於CFD-DEM耦合的顆粒在螺旋溜槽中的運動行為模擬研究》是依託東北大學，由高淑玲擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於CFD-DEM耦合的顆粒在螺旋溜槽中的運動行為模擬研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：高淑玲
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
隨著計算機技術和數值算法的不斷發展，通過數值模擬手段研究礦物分選過程逐漸成為礦物加工領域的重要研究方向。本研究套用計算流體力學（CFD）和離散元（DEM）耦合的數值模擬方法，從微觀角度對顆粒在螺旋溜槽中的運動行為進行模擬研究，探討其在螺旋溜槽分選空間的運動規律及其影響因素，建立螺旋溜槽分選數值模型，並通過顆粒分離試驗結果對分選數值模型進行驗證，在此基礎上藉助於數值模擬二次開發對模擬過程及分選數值模型進行最佳化控制，以提高模擬研究的可靠性和精確度。本研究旨在推進礦物分選從以常規條件試驗研究為主向以數值試驗研究為主甚至虛擬現實轉變，改變某些變數對分選過程的影響僅限於定性分析的狀況，為對其進行定量描述創造條件。研究將圍繞螺旋溜槽流場數值模擬、顆粒運動行為數值模擬及分選數值模型的驗證與最佳化逐步展開，著重探討不同變數對顆粒運動行為的協同作用，為更好地發揮複合力場分選的獨特優勢奠定基礎。
結題摘要
本項目首先採用k-ε湍流模型和VOF多相流模型對螺旋溜槽流場進行數值模擬，查明了其流場分布特徵以及螺距和給礦流量對流場參數的影響，繼而在流場模擬的基礎上，通過離散相耦合等方法模擬了固體顆粒在螺旋溜槽中的運動行為，並探討了螺距、給礦條件和顆粒性質對顆粒分選行為的影響規律。為了檢驗數值模擬結果的可靠性和精確度，藉助於流場實測結果和純礦物分離結果對數值模擬結果進行驗證。研究結果表明，螺旋溜槽中的水相流速呈明顯的條帶狀分布，其速度值沿槽深方向逐漸升高；湍動能在徑向上以類似於橢圓環狀分布，外緣的紊流度從上至下逐漸升高；在相同的流場條件下，顆粒運動速度極值與其密度大小呈負相關；螺距增大後，水層厚度不變，而水相流速和湍動能相應增加，顆粒運動速度也明顯增加，有利於加速粒群的分帶和分選；給礦流量對水層厚度、流速和湍動能的大小均具有明顯影響，但對它們的分布特徵影響較小，而顆粒運動的隨機性與該因素呈正相關，即流量增大會導致粒群分帶延遲，不利於分選；數值模擬不僅可以準確描述參數的定性影響規律，還可以獲得定量的產率指標，且預測指標與實際指標吻合良好，因此數值模擬手段具有很高的可靠性和精確性。項目研究結果為深入開展礦物分選數值試驗奠定了良好基礎，為進一步降低選礦試驗成本和研發周期創造了有利條件。另外，結合項目實施所形成的研究策略、流場測速系統等也為相似研究提供了參考。迄今，在學術期刊和國際學術會議上發表學術論文8篇。
