我国炼焦煤种类齐全,但优质炼焦煤资源稀缺,最大化回收炼焦煤资源是当前选煤行业面临的一个重要任务。液固流化床是炼焦煤选煤厂粗煤泥分选主体设备,具有运行成本低,操作简单,处理量大等优势,其缺点是分选精度有限,入料粒级范围窄。提高液固流化床分选精度的前提是弄清其内部液固两相流动机理。液固流化床内部是高浓度悬浮体系,加之缺乏有效的检测手段,颗粒运动机理缺乏较深入的研究,分选过程规律掌握还不够明确。本文以矿物加工学、流体力学、数值分析和数理统计等理论为指导,采用试验和数值模拟相结合的研究手段,研究了液固分选流化床床层特性,分析了颗粒运动过程中的受力与运动变化规律,揭示了一种变径和内置倾斜板的新型液固流化床强化分选机制,考察了粗煤泥连续分选过程中的分配曲线平移规律和操作制度。主要结论为:1.设计一套基于旋转黏度计与流化床相结合的装置,克服静止状态下粗颗粒易沉降的缺陷,测定了1-0.25 mm粒级煤粒和石英砂流化悬浮体的表观黏度,根据旋转库特流理论,反推出转子半径、圆筒半径、旋转角速度与切变率、切应力之间的定量关系,考察了流化悬浮体的流变性。悬浮体牛顿与非牛顿流体间的临界转化浓度位于15～20%,固体体积分数较低时为牛顿流体,固体体积分数较高时为假塑性流体;流变参数稠度系数随固体体积分数近似线性增加,幂律指数随固体体积分数近似幂函数减小。2.床层黏度测定结果表明:相同固体体积分数条件下,悬浮颗粒粒度越小,悬浮体偏离牛顿特性的程度增加;相同粒度悬浮体,石英砂悬浮体表现出更高的粘性,预测与其表面粗糙度大有关。采用线性外推方法确定了悬浮体极限黏度,建立了极限黏度与体积分数之间的定量关系模型,模型计算值与试验数据点误差保持在10%以内,计算值与文献中Frankel模型值接近。3.基于床层黏度与固体体积分数间的定量关系模型,建立颗粒在床体中的受力平衡方程,计算了不同性质颗粒的沉降末速,与计算沉降末速具有相同沉降速度的颗粒在床层取样中的含量占比高,明确了液固流化床颗粒干扰沉降分离机制,进一步验证了床层黏度与固体体积分数间关系模型的准确性。4.采用CFD-DEM双向耦合模拟方法,追踪了不同性质的颗粒在固体体积分数为19～47%的浓相床体中的受力与运动行为,模拟颗粒运动速度与Van Der Wielen文献中试验数据误差保持在20%以内。颗粒间平均接触力、流体曳力和有效重力处于同一数量级;随床层固体体积分数的增大,曳力与碰撞力间呈“此消彼长”关系,表现为F碰/F曳随固体体积分数的增大而增加;颗粒的运动速度与床层固体体积分数呈负相关。5.CFD-DEM双向耦合模拟表明:具有相同自由沉降速度的两个颗粒,同一固体体积分数条件下,总体上,重密度细颗粒的运动速度大于轻密度粗颗粒,颗粒间的速度差随固体体积分数的增大而增加,是由于轻密度粗颗粒受碰撞力影响更显著,F碰/F曳值大于重密度细颗粒。6.数值模拟了一种变径和内置倾斜板的新型液固流化床流场与受力特性。变径段沿轴向和径向存在流速梯度,变径分选区在最大径向流速位置处划分为主、副两个分选区,主、副分选区配合实现颗粒多次分离;倾斜板间的层流流态使得颗粒在板壁受到升力作用,低密度颗粒在升力作用下趋向板中间运动,而高密度颗粒即使粒度很细,也难以在升力作用下趋向于板中间;变径段梯度流速与倾斜板间升力共同强化了颗粒按密度分层。7.设计实验室连续分选装置,考察了1-0.25 mm粗煤泥分选过程中的分配曲线平移规律和操作制度。结果表明:分配曲线按照Ep/δ50不变平移,拟合误差最小;在适宜的分选密度范围内,低水速匹配高床层密度的操作制度有利于提高粗煤泥分选效果。8.考察了连续分选条件下新型液固流化床粗煤泥分选性能。针对1-0.25 mm粒级粗煤泥,相比普通液固流化床,新型分选机Ep值提高约0.02 g/cm~3;针对3-0.25 mm宽粒级入料,新型分选机分选精度可达0.14,具备宽粒级分选应用潜力。