煤炭是我国基础能源,以煤炭为主导的能源结构在2050年前难以改变。2020年产生了 1 00亿m3以上的煤泥水,煤炭洗选加工是煤炭清洁高效利用的源头技术。煤泥水的高效沉降一直是困扰选煤行业的技术难题,传统的混合浓缩沉降技术难以有效解决这一难题。论文以煤泥水中石英、高岭石、煤三种代表性微细颗粒为研究对象,采用计算流体动力学-离散单元法（CFD-DEM）耦合模拟和试验的方法对煤泥颗粒沉降动力学特性进行研究,基于煤泥颗粒形状修正了沉降曳力系数方程,基于煤泥颗粒沉降特性提出了不同矿物颗粒沉降难易标准和煤泥颗粒分级难易程度的判据,研究可为煤泥水高效沉降及分级沉降设备设计提供依据。通过扫描电镜统计分析,30-500μm煤、石英、高岭石颗粒长宽比平均值均在1-3内属于块状颗粒,基于煤泥颗粒形状修正了微细煤泥颗粒沉降曳力系数模型并通过试验验证了模型的可靠性。用新曳力系数模型计算模拟研究煤泥颗粒沉降时发现,颗粒当量直径大于50μm时,颗粒长宽比对其沉降影响较大。煤泥颗粒粒径相对较小,尤其含湿状态时,颗粒间范德华力、静电斥力、液桥力等微观作用力显著性增强。通过休止角的测量研究了颗粒间的微观作用力,研究发现颗粒粒径在45-500μm时,休止角随着粒径的减小而降低,此时颗粒间咬合力为主导因素,粒径减小,咬合力降低,休止角减小;当粒径30-45μm时,休止角随着粒径减小而增大,此时颗粒间吸附力为主导因素,粒径越小表面微观作用力越强。同粒径时,休止角由大到小依次为:煤、高岭石、石英。在煤泥颗粒群沉降的研究中发现:（1）随着颗粒数量增加,由于颗粒之间碰撞几率增大及反向水速增大导致较小颗粒竖直方向速度降低和沉降装置上半部分颗粒数量占比（H50）逐渐增大。稀密相（颗粒浓度低于12%）时,同种矿物不同数量颗粒沉降效率差异在1%以内,但是不同种矿物颗粒在相同粒径下由于密度的差异表现出沉降效率的差异性。根据煤泥颗粒沉降特性提出了不矿物颗粒沉降难易标准和煤泥颗粒分级难易程度的判据。（2）静态水中单种矿物颗粒释放速度对沉降过程影响随着粒径减小而降低。释放速度对大密度颗粒的影响效果强于小密度颗粒的,这种影响效果随着粒径的减小而增强;（3）30-500μm煤泥颗粒H50随煤颗粒配比含量降低而降低,当煤、高岭石、石英配比为1:1:1时,石英颗粒H50与混合颗粒H50差值为8.07%;高岭石颗粒H50与混合颗粒H50差值为7.57%;煤颗粒H50与混合颗粒H50差值为15.63%。导致H50差异的主要原因是不同矿物之间的密度差异。煤泥水中矿物颗粒表面水化是其难沉降的重要原因之一,颗粒表面水化膜的存在导致液固二相流体系中剪切黏度增大。基于水化特性修正了适用于水化颗粒沉降动力学模拟方法中剪切黏度的新公式。研究了水化特性与无水化特性三种煤泥颗粒H50的差异,当沉降时间为2s时,H50的差值随着粒径的减小呈现增大再减小的趋势,其中水化特性对125-250μm煤颗粒、75-125μm高岭石颗粒、45-75μm石英颗粒沉降影响最大;当沉降时间为3s时,H50的差值随着颗粒粒径的减小呈现增大再减小的趋势,石英和高岭石颗粒H50的差值随着颗粒粒径的减小而减小。其中水化特性对125-250μm煤颗粒、30-45μm高岭石颗粒、30-45μm石英颗粒沉降影响最大。煤泥颗粒自然沉降分级试验进一步验证了颗粒沉降难易程度标准和煤泥颗粒分级判据的有效性。以粒径125μm作为分级判据,研究发现当上升水速为0.01m/s时,小于125μm的煤泥颗粒全部进入溢流中,该水流速度能够满足以125μm作为分级判据。在竖直分级装置中,随着上升水速的增大更多的煤泥颗粒进入上部位置中。上升水速为0.04mm/s时,分级沉降装置上部位置内三种颗粒数量占比为1:1:1,此时D50-煤为194μm、D50-石英为148μm、D50-高岭石为150μm。在水平分级装置中,水流水速为0.1m/s时,P3区域煤、石英、高岭石颗粒数量占比为1:1:1,出口区域D50-煤为170μm、D50-石英为87μm、D50-高岭石为88μm;r煤为52%、r石英为23%、r高岭石为25%。图[108];表[35];参[66]