環(huán)空射流吸氣攪拌裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化及氣泡生成機(jī)理研究.pdf

1、泡沫浮選作為細(xì)粒礦物分選方法，在選礦作業(yè)中占有重要位置。浮選設(shè)備作為浮選過程的載體，直接影響到浮選的效果，因此對(duì)于浮選設(shè)備的開發(fā)和應(yīng)用一直是浮游選礦的重點(diǎn)研究對(duì)象。現(xiàn)有浮選設(shè)備主要包括機(jī)械攪拌式浮選機(jī)、噴射式浮選機(jī)、浮選柱等。浮選設(shè)備的氣泡生成裝置和攪拌裝置作為設(shè)備工作過程中供氣和混合礦漿的核心部件，在使用的過程中都具有特點(diǎn)，也暴露出不足。本文結(jié)合現(xiàn)有浮選設(shè)備的供氣機(jī)構(gòu)和攪拌裝置的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種環(huán)空射流吸氣攪拌裝置，利用環(huán)空淹沒射流沖

2、擊的方式進(jìn)行吸氣的同時(shí)驅(qū)動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)有效利用淹沒射流損失的能量的同時(shí)得到充足的吸氣量、合理氣泡分布體系和葉輪攪拌速度，從而獲得利于礦化浮選的三相流場。
　　為達(dá)到設(shè)計(jì)目的，本文把研究重點(diǎn)放在了噴頭與葉輪在淹沒狀態(tài)下的配合以及氣泡生成機(jī)理上。通過結(jié)合CFD數(shù)值模擬、高速動(dòng)態(tài)攝像技術(shù)、壓力傳感器和扭矩傳感器等先進(jìn)測試技術(shù)以及試驗(yàn)對(duì)比驗(yàn)證的方法，對(duì)本裝置工作過程中噴頭環(huán)空射流吸氣，淹沒射流，射流沖擊以及葉輪旋轉(zhuǎn)攪拌等4個(gè)連續(xù)工作階段

3、內(nèi)涉及的機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化和氣泡生成過程進(jìn)行了研究，主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　1.以氣液兩相流為介質(zhì)，采用Fluent軟件模擬結(jié)合試驗(yàn)驗(yàn)證的方法，研究了淹沒射流狀態(tài)下環(huán)空射流噴頭內(nèi)的能量耗散特性以及吸氣特性。從流場分布、湍流能量耗散、渦量變化等角度分析了不同參數(shù)對(duì)噴頭吸氣量和氣液比的影響。結(jié)論表明:不同入流壓強(qiáng)下低管徑比對(duì)氣液比存在高可控性;不同管徑比下高引射流入流壓強(qiáng)對(duì)氣液比存在高可控性，長管嘴距下氣液比的增量要小于短管嘴距條件下

4、的氣液比，但長管嘴距條件下氣液比卻有較大的值;這些特性與不同入流壓強(qiáng)時(shí)引射流與槽內(nèi)水的壓差以及不同管徑比和管嘴距時(shí)入射流對(duì)噴嘴的封閉作用有關(guān)。
　　2.借助擴(kuò)散硅壓力傳感器測試系統(tǒng)，分析了有、無吸氣和不同氣液比狀態(tài)下淹沒射流對(duì)沖擊壓力的影響，結(jié)果表明:由于氣泡的存在，浮射流沖擊力大于淹沒射流沖擊力，且沖擊力的差值隨著氣液比的上升逐漸縮小。分析了不同工況下氣液兩相浮射流流速和沖擊壓強(qiáng)的衰減過程，結(jié)果表明:浮射流在較低的入流壓強(qiáng)、管嘴

5、距和管徑比條件下沖擊壓強(qiáng)軸向衰減過程接近線性，在較高的工況下遵循冪函數(shù)變化規(guī)律，而在水束同截面徑向方向上遵循正態(tài)分布規(guī)律。無論是軸向流動(dòng)遵循冪函數(shù)變化規(guī)律還是徑向流動(dòng)遵循正態(tài)分布規(guī)律，流速都存在由緩慢衰減到快速變化的突變結(jié)合點(diǎn)，從而作為我們選取葉輪長寬比以及噴頭與葉輪作用間距的選取依據(jù)。同時(shí)試驗(yàn)還表明:由于受到浮力的作用，射流水束在遠(yuǎn)離噴頭出流口的地方出現(xiàn)軸向射流向液面偏離的現(xiàn)象，這種偏離現(xiàn)象在較高的入流壓強(qiáng)、管嘴距和管徑比時(shí)有所減緩。

6、建立動(dòng)態(tài)扭矩傳感器測試系統(tǒng)，研究不同葉片長寬比扭矩變化情況。結(jié)合理論分析，選取最佳葉片長寬比，通過不同的噴頭數(shù)與葉片數(shù)配合進(jìn)行速度測試試驗(yàn)，選取最佳的葉片數(shù)量和噴頭數(shù)量，這也為噴頭與葉片的選取提供一種研究方法。
　　3.分析了淹沒射流段、射流沖擊段、旋轉(zhuǎn)攪拌段三個(gè)階段氣泡的大小和粒徑分布，結(jié)果表明:淹沒射流階段，隨著入流壓強(qiáng)的增大，氣泡的Sauter直徑逐漸減小;粒徑的分布上中間粒徑和大粒徑氣泡的含量逐漸降低，氣泡的粒徑集中度越高

7、，氣泡粒徑分布越均勻。同樣，隨著管徑比和管嘴距的提高，氣泡Sauter直徑逐漸減小，粒徑的分布上中間顆粒的含量卻逐漸升高，氣泡直徑分布極差較小。相較于淹沒射流段，射流沖擊段的氣泡與淹沒射流段有相似的氣泡變化規(guī)律，但氣泡Sauter直徑小于淹沒射流段，中間顆粒的含量在相同的工況下含量更高。旋轉(zhuǎn)攪拌段相同工況下Sauter直徑未發(fā)生較大改變，但中間顆粒的含量相較于淹沒射流段和射流沖擊段更高，這主要是由于射流沖擊段和旋轉(zhuǎn)攪拌段對(duì)大粒徑顆粒的分

8、割效果較淹沒射流段更加明顯。根據(jù)不同變量參數(shù)下湍動(dòng)能k和湍流耗散率ε對(duì)氣泡大小和分布的影響，引入湍動(dòng)能和湍流耗散率為“媒介變量”來解釋和調(diào)控本裝置的氣泡生成機(jī)理。
　　4.對(duì)氣泡生成機(jī)理進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，試驗(yàn)表明:起泡劑的加入對(duì)氣泡表面進(jìn)行包裹，使得氣泡表面張力降低，氣泡體系穩(wěn)定性增強(qiáng)，因此降低了不同變量參數(shù)對(duì)氣泡粒徑的調(diào)節(jié)可控范圍。分析了環(huán)空射流吸氣攪拌裝置、射流吸氣裝置、旋轉(zhuǎn)攪拌裝置三種裝置對(duì)氣泡大小和分布的影響，結(jié)果表明，在氣泡