射流气泡发生器的结构优化数值模拟研究

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在选矿工艺流程中,浮选柱是其重要设备之一,而气泡发生器正是浮选柱结构中的关键结构。对于矿浆充气和气泡矿化,气泡发生器的性能将直接影响矿物分选的效果,因此气泡发生器的结构设计及其优化工作具有重要意义。  本研究经过对气泡发生器相关论文的研读和思考,运用射流卷吸空气、伴随紊动搅拌有利于提高流体中气泡分散程度的特点,并结合新型结构的优势,设计(改进)并模拟了两种射流气泡发生器,包括“螺旋膛线型”和“卡门涡街型”气泡发生器。为了测试新型气泡发生器的充气性能,详细了解新型气泡发生器内部流体流动状态,同时为了对其进行微观的数据采集(诸如湍动能、不同位置流速等参数),于是决定采用3D建模,运用流体动力学软件FLUENT全程模拟测试的研究方法,对原始气泡发生器及两种新型气泡发生器进行空气和水两相流混合的全过程数值模拟。并在正式模拟之前,对原始气泡发生器进行了模拟试验的论证以及部分关键结构的优化。模拟试验中,通过改变气泡发生器内所增加新型结构的参数,进行相同条件下的不同变量的数值模拟,得出诸如混合相流速、不同位置紊动能、气相分布等充气性能关键数据,对比原始气泡发生器同一条件下的实验结果,研究并分析不同参数对气体分散程度影响的变化规律,得出两种新型气泡发生器的最佳优化指标,即对于“螺旋膛线型”气泡发生器而言,当螺旋轨迹线板数量为2,螺距为25mm,螺旋线板宽度为1.5mm时,气泡发生器喉管段全程能够保持较高且均衡的湍动能强度,有利于气泡的卷吸、破碎及分散。而对于“卡门涡街型”气泡发生器而言,当扰流圆柱体数量为2,且二者之间相互平行,分布位置距气泡发生器左端分别距离139mm和167mm处,直径为4mm时,气泡发生器喉管段大部分区域能够保持较高的湍动能强度,有利于气泡的卷吸、破碎及分散。在进行模拟实验的同时,会介绍气泡发生器的发展历史、现状及类型,详细说明射流微泡发生器的发泡机理,并探讨射流吸气理论在气泡发生器中的应用状况,之后针对当前气泡发生器的使用现状,提出气泡发生器的问题缺陷以及未来发展方向。
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