自吸气浮选机模拟研究

 　　浮选机槽内的流场结构对回收率、精矿品位等 会造成极大影响，甚至影响生产的正常进行。所 以深入研究浮选机槽内的流场一直是广大学者的研究热点。传统的实验室流体力学方法研究浮选机内复杂的气一液一固三相流存在很大的局限性，需寻求更加经济、高效、科学的研究方法对自吸气浮选机进行研究。随着计算流体力学仿真技术的成熟，广泛应用于化工、石化等领域内的机械搅拌反应器研究中。CFD在浮选机上的应用主要出现在20世纪80年代，主要用来研究槽内的流场结构，优化浮选机 槽体设计。随着研究的加深，CFD仿真技术不断应 用于浮选机性能参数(主要包括：湍动能、湍流耗散 率、气含率分布、功耗、气体表观气速等)及关键结构 参数(主要包括：叶轮、定子、循环筒等)的优化设计中。目前，CFD仿真技术的应用领域主要集中在浮选机的相似放大及新型浮选机的开发，并用于预测浮选过程的回收率和精矿品位。在我国，由于 该技术起步比较晚，整体来说目前正处于一个起步 发展的阶段，局限于软件的应用上，而缺乏CFD与 理论研究的相结合。同时，在自吸气浮选机和充气 式浮选机的应用上也存在差距：充气式浮选机CFD 仿真研究比较充分，而自吸气浮选机在仿真研究上缺失。　　自吸气浮选机模拟的一个难点在于吸气速率未知。吸气速率通常由浮选机的运行参数(转速、浸没 深度、插入深度等)确定，吸气速率不能作为初始条 件输入，必需通过模拟结果得到，这就给自吸气浮选 机的模拟带来很大的困难。另外，由实验室观察发 现，在吸气口处气体存在“呼吸”现象，这就意味着自 吸气浮选机空气卷吸存在两个过程：短暂的“呼气” 及“吸气”过程。总的来说，未知的吸气速率和“呼 吸”现象要求对边界条件进行细致的处理。此外，为 使模拟结果与实际相一致，必须要有与之相适应的 湍流模型，商业软件所提供的湍流模型特点在于通 用性，然而对于复杂的自吸气浮选机槽内流场，必须 优化现有的湍流模型甚至开发新的湍流模型来得到 准确的模拟结果。　　自吸气浮选机气一液两相流仿真研究存在4个 方法：1)基于负压驱动理论的CFD模拟研究，其本质是仿真前，通过实验室测试计算出浮选机的吸气 量，在模拟研究中直接设定自吸气反应器的进气量， 相当于将自吸气反应器的模拟转变为充气式反应 器，忽略了空气卷吸这个复杂的过程口妇；2)基于 VOF模型仿真研究，主要应用在两相交界面的跟踪 领域，研究虽然很好地仿真卷吸效应的表面涡流结 构，但未能有效预测槽内的气液分散特性，不能完整 的呈现出自吸气浮选机内的整体流场结构自吸气反应器的分步模拟策略，其将模拟分为两个 过程，首先在单气相条件下仅模拟自吸气叶轮部分，其次再在单液相条件下模拟反应器的流型特征，因 此，未能很好的预测气液两相的相互作用口朝；4)基于 空气卷吸的自吸气浮选机模拟，H．FAYED对浮选 机的CFD研究处于领先地位，成功模拟出了空气卷 吸过程，分析了槽体内的流场结构，模拟出了气液相 间的相互作用，监测了自吸气浮选机的吸气速率和功耗，并能与实验室试验很好的吻合。