XJM-S8型浮选机数值模拟及湍流特性分析

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1、第6期选煤技术NO．62010年12月C0ALPREl’ARATIONTECHNOLOGYDec．20l0文章编号：1001—3571(2010)06—000I一04XJM—S8型浮选机数值模拟及湍流特性分析刘春艳。，李兴海、(1．煤炭科学研究总院唐山研究院，河北唐山063012；2．孝义市金晖煤焦有限公司，山西孝义0313c／’)摘要：利用计算流体力学方法通过数值模拟分析了XJM—S8型浮选机的液流运动状态和湍流运动特征，得出如下结论：XJM—S8型浮选机槽内湍动能、湍流强度、湍流耗散率关于叶轮中心呈对称分布；XJM—S8型浮选机的搅拌区域在槽体下部

2、0．7m以下，在0．7m以上部分是相对平稳的浮选分离区域，搅拌区域的湍流强度约为分离区域的6倍，这表明该浮选机的结构合理，矿浆运动状态符合浮选过程要求。关键词：XJM—s8型浮选机；计算流体力学；数值模拟；湍流特性中圈分类号：TD943文献标志码：A；骆XJM—S系列浮选机属于一种自吸空气机械搅Z拌式浮选机，是在上世纪6O年代我国自行研制Y吨tLxXJM一4型浮选机的基础上，通过几代人数十年的不断改进和创新，逐渐发展起来的，是煤炭科学研究总院唐山研究院拥有全部自主知识产权的新一代选煤用浮选机。目前，成功应用于选煤厂浮选生产的XJM—S系列浮选机已经有4

3、：6、8、l2、14、16、20、28m八种规格近千台，占我国选煤厂浮选设备总量的70％以上。通过利用计算流体力学软件对XJM—s8型(8m)浮选机的流场进行数值模拟计算和分析，图1整体三维模型透视图得出了其流场的湍流特性．从而为该类型浮选机优2计算方法和边界条件化研究奠定了理沦基础。2．1计算方法l模型建立模拟采取的流体以清水为介质，计算软件为XJM—S8型浮选机的实体建模由三维CAD软FIUENT，使用SIMPLEC算法耦合压力一速度，采用二阶迎风格式离散方程，流场的计算采用多重件PRO／E生成。参照叶轮、定子、定子盖板、稳参考系法(MRF)，湍流

4、区域采用标准K一模型流板、槽体实际尺寸，综合运用PRO／E中的旋转、计算。拉伸、阵列、切割等命令来完成这些部件的j维立2．2边界条件体图．最终得XJM—S8型浮选机的三维装配模(1)进口条件。在计算域的进口处，假定进型透视图，如图1所示。口速度沿进水口截面均匀分布，XJM—S8型浮选建模时，以uf-轮中心向下在槽底的投影点为三机的人料矿浆流量为300m／h，则相当于入口截面维坐标原点，以浮选机人料向尾排出方向为轴速度为0．24m／s。方向，滑浮选机高度方向为轴方向，同时垂直于、(2)出口条件。采用压力出口，压力值为标轴的方向为y轴方向。准大气压。收稿日

5、期：2010—02—05’(3)壁面条件。采用标准壁面函数对近壁区作者简介：刘春艳(1982—1，女，河北唐山人，硕士．现就职于湍流流动进行处理。煤炭科学研究总院唐山研究院装备中心浮选工程部，主要从事浮选工艺与没备的研究和设_}1工作，E—mail：liuchunyanl9820424@(4)叶轮旋转速度。根据叶轮线速度为163．eom，联系电话：(03I5)7759642．89in／s得到叫轮旋转速度为242．83r／min。1第6期选煤技术2010年l2月25日(5)重力条件。因为在浮选机中重力对流场而存在稳流板的槽体下部区域，湍动能仅0．2m／有

6、影响，所以加入了重力条件。沿轴方向重力加s，这说明稳流板起到’很好的稳流作用。由此可速度g=一9．8ra／s。以推断：空气弥散为细小气泡主要发生在叶轮一定子区域，因为只有在较高的湍流动能作用下空气才3浮选机的湍流特性分析有可能弥散。通过浮选机流场的数值模拟，可以发现其流动状态十分复杂，出现了大量的漩涡。但是这些都是定性的描述，并不能够充分地说明流场的紊流特性。然而．在数值模拟采用的两方程模型中，存在着湍动能K和湍流耗散率E两个重要的特征参数。利用这两个参数可以对流场的湍流特性给出定量的描述。湍流动能是一点的速度脉动值的表征，此值越大，说明此处的流动状况

7、随时问的不稳定性越大。湍图2Y=0剖面的湍动能等值线圈流耗散率代表分子粘性作用下由湍流动能转化为分子热运动动能的速率，实质上是表征小涡的耗散。在流场中，大涡通过平均运动获得能量，通过随机运动向小涡传递能量，小涡则通过不断耗散将能量转化为热能。在流场分析中，还有一个重要参数，即湍流强度，，也称作湍流度，是一点的脉动速度与平均速度的比值，此值的大小表征r流场的湍流强弱。图2、图3分别为Y：0、z=0．3m剖面的湍动能等值线图(在浮选机内所做剖面都是。、yz、xy的平行面，所以剖面以其所在坐标系中的位置来命名)。由嘲2、图3可以看出。叶轮区域的湍动能量最高，

8、为2．5—4m／s；其次为定子区域，为1．2—图3=0．3m剖面的湍动能等值线图3．2m／s；