浮选湍流中颗粒气泡碰撞特性的数值研究

发布时间：2020-06-11 07:24

【摘要】：浮选是在液相流场中通过气泡将有用颗粒上浮带出的一种分离工艺,在工业过程中有着广泛的应用,例如矿物、煤粉、塑料颗粒分选、废纸脱墨回收以及废水处理等。以典型的矿物加工工业为例,随着高品位、易开采、易加工矿藏的逐渐减少,为了提高有用矿物颗粒的收率,通常将其磨得越来越细。这使得其浮选越来越难,主要原因在于浮选这一多相流过程非常复杂,其内在湍流机理尚不完全清楚,尤其是固体颗粒与气泡的碰撞过程,从而限制了浮选设备的优化及其对微细矿物颗粒回收能力的提升。作者利用先进的直接数值模拟方法和两种离散相处理模型,系统研究了不同湍流状态对固体颗粒与气泡的分布特征及碰撞特性的影响规律。首先,简要介绍了用于连续相求解的多松弛时间格子波尔兹曼方法以及用于离散相运动求解的点颗粒模型和颗粒解析模型。其中,点颗粒模型基于假设求解颗粒运动方程,颗粒解析模型通过插值反弹格式来满足颗粒表面的无滑移边界条件。其次,详细验证了所用数值方法的准确性和可靠性。在算例中,三维均匀各向同性单相湍流场的统计结果与文献中数据吻合很好,单个固体颗粒在静水中沉降过程的颗粒解析模拟结果也与实验结果高度吻合,此外,多颗粒气泡在湍流中运动的点颗粒模拟与文献中的数值结果也有较高的吻合度。然后,在点颗粒模型框架下研究了不同湍流状态对固体颗粒与气泡分布特征及碰撞特性的影响规律。结果表明,离散相的斯托克斯数接近1时,固体颗粒和气泡都呈现出明显的局部富集特征,但在对碰撞核的影响方面,湍流的输运效应相对于离散相的局部富集效应一直占据主导地位,即碰撞核总是随着湍流强度的增加而增加。此外,还研究了气泡直径、固体颗粒直径与密度对碰撞特性的影响规律。最后,在颗粒解析模型框架下对离散相碰撞核的湍流效应进行了研究。在零重力和低密度比的假设下,进行了离散相分布特征的量化与碰撞特性的统计。结果表明,径向分布函数和径向相对速度皆有较大偏差,运动学碰撞核计算失准,但通过与点颗粒模型预测结果的对比发现,动力学碰撞核计算合理,并进而给出了不同湍流状态下的碰撞效率。
【图文】：

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【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD923

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本文编号：2707572