参数变化对水力旋流器流场的影响.pdf

试验研究MechanicalManagementtandDevelopmentNo.7,20232023年第7 期Total243总第2 4 3 期机械管理开发D0I:10.16525/14-1134/th.2023.07.024参数变化对水力旋流器流场的影响郭丹丹（山西焦煤霍州煤电三交河煤矿，山西洪洞031400)摘要：为进一步提升水力旋流器的分选效果，除了对其结构参数进行优化外，还需对其操作工艺参数进行优选。在对水力旋流器基本结构和工作原理简单概述的基础上，重点对水力旋流器结构参数中的柱高度和操作参数中的给入流量对其流场特性的影响开展研究，所得的结论可指导水力旋流器的结构优化设计和工艺参数的优化设计。关键词：选煤厂；水力旋流器；给入流量；柱高度；空气柱中图分类号：TD94文献标识码：A文章编号：10 0 3-7 7 3 X(2023)07-0062-030引言选煤厂是对原煤进行处理加工的场所，可对原煤的等级进行划分，从而实现了对煤炭资源的充分利用。旋流器、振动筛等均为选煤厂的核心设备。其中，旋流器包括水力旋流器和重介质旋流器。水力旋流器由于其结构简单、操作方便以及成本低等优势被广泛应用。但是，当前对水力旋流器的理论研究较少，对其生产时的流场特性掌握不充分。基于此，将重点研究水力旋流器的流场特性，为今后水力旋流器的分选效果、分级效果以及浓缩等效果参数设计奠定基础。1水力旋流器概述水力旋流器主要对两种或多种密度不等的液相在流体压强的作用下进行分离。鉴于水力旋流器的离心加速度远大于待分选物料的重力加速度；因此，水力旋流器的分选效果远高于重力旋流器，水力旋流器的基本结构如图1所示。从理论上讲，水力旋流器的分选效果与其本身的参数相关,包括结构参数、操作参数以及物性参数等1。本文重点对不同结构参数和操作参数下水力旋流器的流程进行分析，为确定最佳工艺参数提供支撑。其中，操作参数主要指水力旋流器的给人流量、分散相浓度和安装角度。结构参数重点指水力旋流器的入口溢流人料32沉砂1一圆柱体；2 一圆锥体；3 一待分选物料进料罐；4 一沉砂口；5一溢流管；6 一溢流口图1水力旋流器基本结构示意图结构尺寸、柱段结构尺寸、溢流管结构尺寸、锥段结构尺寸、沉砂管结构尺寸等2 2参数变化对水力旋流器流场的影响2.1给入流量对水力旋流器流场的影响本节对水力旋流器给人流量为5 L/min、15L/min、2 5 L/m in、3 5 L/m in 以及4 5 L/min五种情况下其内部流场的变化进行分析。2.1.1给人流量对空气柱的影响给人流量参数直接反映为水力旋流器中的矿压强。当给人流量越大时，在水力旋流器内部形成空气柱所需的时间越短，其内部流场越快达到动态平衡状态；而且不同给人流量对应最终所形成空气柱的直径也存在明显的差异。对上述两种情况进行定量仿真分析，仿真结果如表1和图2 所示3-4 表1不同给入流量对应空气柱成型所需时间给人流量/(L/min)515253545所需时间/s51.90.90.60.4如表1所示，随着给人流量的增加，水力旋流器内部空气柱的成型所需时间减小；不同的是，当给入流量为2 5 L/min时，继续增大给水流量，空气柱成型所需时间减少幅度减小。如图2 所示，空气直径最大对应的给人流量为5185 L/min1615L/min25 L/min14/35Lmin445Lmin121086-1501251007550250255075水力旋流器轴向位置/mm图2不同给入流量对应所成型空气柱的直径收稿日期：2 0 2 2-0 5-0 5作者简介：郭丹丹（19 9 1一），女，山西晋城人，本科，毕业于安徽理工大学矿物加工专业，运销科科员。：6 3：郭丹丹：参数变器流场的影响2023年第7 期L/min，其次为15 L/min；从给人流量为2 5 L/min开始所形成的空气柱的直径大致相同。单从对不同给人流量对空气柱的影响来看，应将给人流量设定在2 5 4 5 L/min之间。2.1.2给人流量对水力旋流器分离比和压强降的影响通过上述研究，重点对给人流量为2 5 L/min、3 5L/min以及4 5 L/min时对水力旋流器分离比压强降的影响仿真分析，通过仿真分析得出不同给人流量下对应水力旋流器内部沉砂分流比和总压降结果如表2所示。表2不同给入流量下水力旋流器的压降和分流比对比参数25 L/min35 L/min45 L/min沉砂分流比/%8.227.837.47总压降/Pa51212.60108 688.57189.600.40如表2 所示，随着给人流量的增加，水力旋流器中沉砂分流比减小；对应的水力旋流器中总压降增大。水力旋流器分选的动力源为通过压强实现物料的分选。因此，当压降过大时，会直接影响物料的分选效果。综上对于水力旋流器而言，为保证分选效果应将给人流量设定为2 5 L/min为最佳。2.2柱高度对水力旋流器流场的影响本节对水力旋流器给柱高度为5 0 mm、7 2 m m、8 5mm以及10 0 mm四种情况下其内部流场的变化进行分析。2.2.1柱高度对空气柱的影响柱高度属于水力旋流器的结构参数。当柱高度越大时，在水力旋流器内部形成空气柱所需的时间越长，其达到内部流场动态平衡状态所需时间也越长；而且不同柱高度对应最终所形成空气柱的直径也存在明显的差异。对上述两种情况进行定量仿真分析，仿真结果如表3 和图3 所示。如表3 所示，随着柱高度的增加，水力旋流器内部空气柱的成型所需时间延长；不同的是，当柱高度为7 2 mm时，持续增加柱高度对应空气柱成型的时间相近,与10 0 mm柱高度仅差0.1 s5。如图3 所示，随着柱高度的增加对应所形成空气柱的直径减小；而且当柱高度为10 0 mm时，空气柱还存在中断的趋势。单从对不同给柱高度对空气柱的影响来看，应将柱高度设定在7 2 8 5 mm之间合理。.2.2柱高度对水力旋流器分离比和压强降的影响对柱高度为5 0 mm、7 2 m m、8 5 m m 以及10 0 mm表3不同柱高度对应空气柱成型所需时间柱高度/mm507285100所需时间/s0.40.60.60.71211-50mm72mm85mm10100mm9876-150-12510075-5025025 50 75100水力旋流器轴向位置/mm图3不同柱高度对应所成型空气柱的直径对水力旋流器分离比压强降的影响仿真分析，通过仿真分析得出不同柱高度下对应水力旋流器内部沉砂分流比和总压降结果如表4 所示。表4不同柱高度下水力旋流器的压降和分流比对比参数50 mm72mm85 mm100 mm沉砂分流比/%7.137.838.198.15总压降/Pa123 154.71108688.57101950.9694402.84如表4 所示，随着柱高度的增加，水力旋流器中沉砂分流比先增大后减小，且在柱高度为8 5 mm时对应的沉砂分流比最高；对应旋流器总压降减小。因此，综合比较不同柱高度对水力旋流器内部成型空气柱达到稳态所需时间和总压降、沉砂分流比，将柱高度设定在8 5 mm为最佳。3绍结论水力旋流器为选煤厂的分选设备之一，其依靠设备内部压强以及离心加速度实现对物料的分离，与传统重介质旋流器相比具有分选效果好、成本低以及操作简单的优势。水力旋流器的结构参数和操作参数是影响最终分选效果的关键参数。本文通过试验仿真重点对结构参数中的柱高度和操作参数中的给入流量对水力旋流器流场的影响展开研究，并总结如下：1)对于操作参数的给人流量而言，当给人流量为25L/min时，对应空气柱成型达到动态稳定的时间、总压降等方面最佳，有利于对物料的分选。2)对于结构参数的柱高度而言，当柱高度为8 5mm时，对应空气柱成型达到动态稳定的时间、总压降等方面最佳，有利于对物料的分选。参考文献1王小兵，刘扬，崔海清，等.水力旋流器内部流体流动特性PIV实验J.石油学报,2 0 12,3 3（1)：3 7.2邹宽，杨茉，曹玮，等.水力旋流器流流动的数值模拟刀.工程热物理学报，2 0 0 4,2 5(1）：2 3-2 5.3苏劲，袁智，侍玉苗，等.水力旋流器细粒分离效率优化与数值模拟J.机械工程学报,2 0 11,4 7(2 0)：118.4李玉星，冯叔初，李安星，等.水力旋流器压降及压力分布特性的数值模拟J.流体机械，2 0 0 2,3 0(10）：15-17.上接第6 1页）Studv of the(编辑：王婧）上接第5 9 页E上接第5 7 页（编辑：王慧芳）64第3 8 卷机械管理开发5魏新利，张海红，王定标，等.水力旋流器流场的数值模拟研究J.热科学与技术，2 0 0 5（2)：4 5-4 6.Effect of Parameter Changes on the Flow Field of HydrocyclonesGuo Dandan(Shanxi CokingCoal Huozhou Coal Power Sanjiaohe Coal Mine,Hongtong SShanxi 031400,China)Abstract:In order to further improve the sorting effect of hydrocyclones,in addition to optimising their structural parameters,theiroperating process parameters also need to be optimised.Based on a brief overview of the basic structure and working principle ofhydrocyclones,the study focuses on the influence of the column height in the structural parameters and the feed flow rate in the operatingparameters on the flow field characteristics of hydrocyclones.The conclusions obtained can guide the optimal design of the hydrocyclonestructure and process parameters.Key words:coal processing plant;hydrocyclone;feed flow rate;column height;air columnxperiment and Example Analysis of Coal Mine Ventilation Fan Frequency ConversionCharacteristicsGuoQuanwu(Yangquan Coal Industry(Group)Pingding Dongsheng Xingyu Coal Industry Co.,Ltd.,Yangquan Shanxi045000,China)Abstract:In order to further improve the efficiency of the ventilation fan and ensure that the actual working conditions of the ventilationfan meet the requirements of the air volume at the working face,the energy-saving operation of the ventilation fan is realized.On the basisof a brief overview of its structural composition and variable speed regulation,a special ventilator performa