微细颗粒在旋流复合力场中的运动行为研究

微细粒的分选是矿物分选面临的重大难题。本研究应用计算流体力学（CFD）的原理与方法对旋流复合力场进行数值模拟，并以此为基础和边界条件，运用颗粒分析软件对微细颗粒在旋流复合力场中的运动行为进行模拟与分析，探讨微细颗粒实现旋流分离的作用机理，以便对矿物旋流分离规律有一个更全面与准确的认识。数值模拟将围绕不同的结构参数和操作参数对旋流流场及矿物颗粒运动行为的影响展开，研究方法不局限于单因素条件模拟，更重在探讨不同因素对旋流流场特征及微细颗粒运动行为的交互影响，进而揭示矿物颗粒间实现旋流分离的过程实质。研究利用CFD软件和结构有限元软件作为液-固耦合的流场和结构解算器，同步准确地模拟流场和结构位移场。另外，还借助于纯矿物的旋流分离试验结果对数值模拟的矿物旋流分离理论模型进行验证及必要的修正。

根据项目计划，利用Fluent RSM（雷诺应力模型）和VOF（Volume of Fraction）多相流模型对旋流器内流场进行模拟，模拟结果与PIV流场测试结果基本一致。旋流器内空气柱是由沉砂口吸入空气并从溢流口排出，空气柱消耗一部分不必要的能量，但并不给流场带来明显的额外扰动。考察不同参数对旋流器内空气柱和速度场的影响发现，给矿流量、锥角、溢流口直径、沉砂口直径等参数对流场影响较大，而溢流管壁厚和插入深度对流场影响较小，但在减小短路流调节溢流产率等方面有一定作用。利用DPM离散相模型，随机轨道模型对旋流力场中的石英和赤铁矿矿物颗粒进行模拟研究，结果发现模拟结果与实际旋流分离试验结果分离粒度d50基本一致，但模拟结果d50稍大于试验结果。由于赤铁矿密度较大，相同条件下，其分离粒度d50比石英要小。