本發(fā)明涉及水力旋流器技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種確定水力旋流器給礦壓強(qiáng)的方法。

背景技術(shù)：

水力旋流器是當(dāng)前選礦廠應(yīng)用最廣泛的分級(jí)設(shè)備，水力旋流器分級(jí)效果直接關(guān)系到選礦廠選礦指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益。水力旋流器給礦壓強(qiáng)是影響水力旋流器分級(jí)效果的重要因素，給礦壓強(qiáng)要處于合理范圍，既不能過(guò)低而影響分級(jí)效率，又不能過(guò)高而浪費(fèi)能耗。

目前，選礦廠水力旋流器給礦壓強(qiáng)通常依靠經(jīng)驗(yàn)公式或借鑒相似生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)來(lái)確定，這些確定方法均以水力旋流器分級(jí)產(chǎn)品為判別依據(jù)，沒(méi)有考慮旋流器內(nèi)部流場(chǎng)特性，而水力旋流器分級(jí)結(jié)果恰恰是由內(nèi)部流場(chǎng)決定的，因此基于其內(nèi)部流場(chǎng)特性來(lái)確定適宜給礦壓強(qiáng)，切實(shí)可行且具有更高精確度，從而能保證水力旋流器處于最佳工作狀態(tài)，充分發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種確定水力旋流器給礦壓強(qiáng)的方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種確定水力旋流器給礦壓強(qiáng)的方法，包括如下步驟：

步驟1、確定目標(biāo)工況下水力旋流器的結(jié)構(gòu)參數(shù)、待分級(jí)物料的密度、粒度組成和現(xiàn)場(chǎng)給料濃度；

所述水力旋流器的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括：給礦管直徑、柱段直徑、柱段高度、錐角、沉砂口直徑、溢流口直徑、溢流管插入深度、溢流管壁厚；

所述待分級(jí)物料的密度指待分級(jí)物料的真密度；

所述待分級(jí)物料的粒度組成指待分級(jí)物料中各粒級(jí)的重量百分?jǐn)?shù)；

步驟2、根據(jù)步驟1所述水力旋流器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，采用三維建模軟件SolidWorks軟件建立水力旋流器的流場(chǎng)域計(jì)算模型，并利用ANSYS Meshing軟件將其網(wǎng)格離散，所生成網(wǎng)格扭曲度應(yīng)不高于0.8；

步驟3、將步驟2所生成的網(wǎng)格導(dǎo)入計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent軟件中，設(shè)定流場(chǎng)域計(jì)算模型的邊界條件，并設(shè)置液相粘度，隨后進(jìn)行數(shù)值計(jì)算；

所述邊界條件包括水力旋流器的壓強(qiáng)入口和壓強(qiáng)出口，其中壓強(qiáng)入口設(shè)置為0.05MPa～0.20MPa之間的不同給礦壓強(qiáng)，壓強(qiáng)出口設(shè)置為當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)大氣壓；

所述液相粘度其中，μ_w為水的粘度，v_-10μm為-10μm顆粒的體積分?jǐn)?shù)，系數(shù)n＝0.5～0.7；

步驟4、從步驟3所得到的數(shù)值計(jì)算結(jié)果提取并分析不同給礦壓強(qiáng)時(shí)水力旋流器內(nèi)部流場(chǎng)的空氣柱、零速包絡(luò)面、蓋下短路流及湍流強(qiáng)度，確定水力旋流器目標(biāo)工況下最適宜給礦壓強(qiáng)；

所述水力旋流器目標(biāo)工況下最適宜給礦壓強(qiáng)是指所對(duì)應(yīng)水力旋流器內(nèi)部流場(chǎng)特性同時(shí)滿足：錐段部分的空氣柱直徑與水力旋流器沉砂口直徑之比小于1；錐段部分零速包絡(luò)面無(wú)倒角，且錐段1/2處零速包絡(luò)面上的點(diǎn)到水力旋流器中心軸線的垂直距離比值不超過(guò)1.25；蓋下短路流流速不高于1m/s；湍流強(qiáng)度最高值不高于1。

有益效果：

1、針對(duì)具體目標(biāo)工況，充分考查該工況下水力旋流器的結(jié)構(gòu)參數(shù)、待分級(jí)物料的密度、粒度組成和現(xiàn)場(chǎng)給料濃度，與以往依靠經(jīng)驗(yàn)公式或借鑒相似現(xiàn)場(chǎng)的方法相比，所確定的水力旋流器給礦壓強(qiáng)更適合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)。

2、本發(fā)明基于決定水力旋流器分級(jí)結(jié)果的流場(chǎng)特性來(lái)確定適宜的給礦壓強(qiáng)，因此結(jié)果更精確。

3、本發(fā)明利用電子計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬取代繁瑣的人工取樣、分析等作業(yè)，更方便快捷，且節(jié)省人力物力。

4、水力旋流器分級(jí)結(jié)果是由內(nèi)部流場(chǎng)決定的，因此基于其內(nèi)部流場(chǎng)特性來(lái)確定適宜給礦壓強(qiáng)，切實(shí)可行且具有更高精確度，從而能保證水力旋流器處于最佳工作狀態(tài)，充分發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式中給礦壓強(qiáng)對(duì)空氣柱的影響示意圖，(a)為給礦壓強(qiáng)0.05MPa對(duì)空氣柱的影響、(b)為給礦壓強(qiáng)0.08MPa對(duì)空氣柱的影響、(c)為給礦壓強(qiáng)0.11MPa對(duì)空氣柱的影響、(d)為給礦壓強(qiáng)0.14MPa對(duì)空氣柱的影響；

圖2是本發(fā)明具體實(shí)施方式中給礦壓強(qiáng)對(duì)零速包絡(luò)面的影響示意圖，(a)為給礦壓強(qiáng)0.05MPa對(duì)零速包絡(luò)面的影響、(b)為給礦壓強(qiáng)0.08MPa對(duì)零速包絡(luò)面的影響、(c)為給礦壓強(qiáng)0.11MPa對(duì)零速包絡(luò)面的影響、(d)為給礦壓強(qiáng)0.14MPa對(duì)零速包絡(luò)面的影響；

圖3是本發(fā)明具體實(shí)施方式中給礦壓強(qiáng)對(duì)蓋下短路流的影響示意圖，(a)為給礦壓強(qiáng)0.05MPa對(duì)蓋下短路流的影響、(b)為給礦壓強(qiáng)0.08MPa對(duì)蓋下短路流的影響、(c)為給礦壓強(qiáng)0.11MPa對(duì)蓋下短路流的影響、(d)為給礦壓強(qiáng)0.14MPa對(duì)蓋下短路流的影響；

圖4是本發(fā)明具體實(shí)施方式中給礦壓強(qiáng)對(duì)湍流強(qiáng)度的影響示意圖，(a)為給礦壓強(qiáng)0.05MPa對(duì)湍流強(qiáng)度的影響、(b)為給礦壓強(qiáng)0.08MPa對(duì)湍流強(qiáng)度的影響、(c)為給礦壓強(qiáng)0.11MPa對(duì)湍流強(qiáng)度的影響、(d)為給礦壓強(qiáng)0.14MPa對(duì)湍流強(qiáng)度的影響；

圖5是本發(fā)明具體實(shí)施方式中不同給礦壓強(qiáng)下實(shí)際分級(jí)所得粒度分配曲線圖；

圖6是本發(fā)明具體實(shí)施方式中確定水力旋流器給礦壓強(qiáng)的方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)Φ50mm水力旋流器分級(jí)某貧鐵礦石來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式：

一種確定水力旋流器給礦壓強(qiáng)的方法，如圖6所示，包括如下步驟：

步驟1、確定目標(biāo)工況下水力旋流器的結(jié)構(gòu)參數(shù)、待分級(jí)物料的密度、粒度組成和現(xiàn)場(chǎng)給料濃度；

所述水力旋流器的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括：給礦管直徑、柱段直徑、柱段高度、錐角、沉砂口直徑、溢流口直徑、溢流管插入深度、溢流管壁厚；

所述待分級(jí)物料的密度指待分級(jí)物料的真密度；

所述待分級(jí)物料的粒度組成指待分級(jí)物料中各級(jí)別粒級(jí)的重量百分?jǐn)?shù)；

水力旋流器的結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

表1Φ50mm水力旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)列表

確定待分級(jí)貧鐵礦石粒度組成如表2所示。

表2待分級(jí)貧鐵礦石粒度組成

確定現(xiàn)場(chǎng)給料重量濃度為30％；待分級(jí)物料的密度為2763kg/m³；水的密度為998.2kg/m³，動(dòng)力黏度為1.003×10^-3pa·s；空氣的密度為1.225kg/m³，動(dòng)力黏度為1.7894×10^-5Pa.s。

步驟2、根據(jù)步驟1所述水力旋流器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，采用三維建模軟件SolidWorks軟件建立水力旋流器的流場(chǎng)域計(jì)算模型并利用ANSYS Meshing軟件將其網(wǎng)格離散，所生成網(wǎng)格扭曲度應(yīng)不高于0.8；

根據(jù)表1所述參數(shù)，利用SolidWorks軟件建立水力旋流器內(nèi)的流場(chǎng)域計(jì)算模型并利用ANSYS Meshing將其網(wǎng)格離散，所生成網(wǎng)格扭曲度最高位0.6。

步驟3、將步驟2所生成的網(wǎng)格導(dǎo)入計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent軟件中，設(shè)定流場(chǎng)域計(jì)算模型的邊界條件，并設(shè)置液相粘度，隨后進(jìn)行數(shù)值計(jì)算；

在計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent中，設(shè)置入口為壓強(qiáng)入口，不同給礦壓強(qiáng)分別為0.05MPa、0.08MPa、0.11MPa和0.14MPa；設(shè)置溢流口和沉砂口為壓強(qiáng)出口，壓強(qiáng)出口設(shè)置為當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)大氣壓，即相對(duì)壓強(qiáng)為0；

設(shè)置液相粘度μ_m為：

${\mathrm{\μ}}_m=3.8{\mathrm{\μ}}_w(1-\frac{v_{-10\mathrm{\μ}m}}{0.62})$

其中，水的粘度μ_w＝1.7894×10^-5pa·s，-10μm例顆粒的體積分?jǐn)?shù)v_-10μm為Fluent軟件自動(dòng)計(jì)算，系數(shù)n＝0.62；

步驟4、從步驟3所得到的數(shù)值計(jì)算結(jié)果提取并分析不同給礦壓強(qiáng)時(shí)水力旋流器內(nèi)部流場(chǎng)的空氣柱、零速包絡(luò)面、蓋下短路流及湍流強(qiáng)度，確定水力旋流器目標(biāo)工況下最適宜給礦壓強(qiáng)；

所述水力旋流器目標(biāo)工況下最適宜給礦壓強(qiáng)是指所對(duì)應(yīng)水力旋流器內(nèi)部流場(chǎng)特性同時(shí)滿足：錐段部分的空氣柱直徑與水力旋流器沉砂口直徑之比小于1；錐段部分零速包絡(luò)面無(wú)倒角，且錐段1/2處零速包絡(luò)面上的點(diǎn)到水力旋流器中心軸線的垂直距離比值不超過(guò)1.25；蓋下短路流流速不高于1m/s；湍流強(qiáng)度最高值不高于1。

不同給礦壓強(qiáng)所對(duì)應(yīng)的水力旋流器內(nèi)部流場(chǎng)的空氣柱、零速包絡(luò)面、蓋下短路流及湍流強(qiáng)度分別如圖1～圖4所示。

圖1中(a)為給礦壓強(qiáng)0.05MPa對(duì)空氣柱的影響、(b)為給礦壓強(qiáng)0.08MPa對(duì)空氣柱的影響、(c)為給礦壓強(qiáng)0.11MPa對(duì)空氣柱的影響、(d)為給礦壓強(qiáng)0.14MPa對(duì)空氣柱的影響；可以看出，當(dāng)給礦壓強(qiáng)為0.05MPa時(shí)，水力旋流器內(nèi)流場(chǎng)尚未進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，錐段部分的空氣柱直徑明顯大于水力旋流器沉砂口直徑，即其比值遠(yuǎn)大于1；當(dāng)給礦壓強(qiáng)高于0.08MPa時(shí)，錐段部分的空氣柱直徑與水力旋流器沉砂口直徑之比小于1，因此0.08MPa是目標(biāo)水力旋流器的最低給礦壓強(qiáng)。

從圖2中(a)為給礦壓強(qiáng)0.05MPa對(duì)零速包絡(luò)面的影響、(b)為給礦壓強(qiáng)0.08MPa對(duì)零速包絡(luò)面的影響、(c)為給礦壓強(qiáng)0.11MPa對(duì)零速包絡(luò)面的影響、(d)為給礦壓強(qiáng)0.14MPa對(duì)零速包絡(luò)面的影響；可以看出，隨著給礦壓強(qiáng)的增加，零速包絡(luò)面的對(duì)稱性升高，流場(chǎng)穩(wěn)定性增加。當(dāng)給礦壓強(qiáng)為0.05MPa時(shí)，錐段1/2處d₂與d₁的比值為1.62，不滿足要求；隨著給礦壓強(qiáng)進(jìn)一步增大，水力旋流器單位處理量增加，但當(dāng)流體不能從出口(溢流口和沉砂口)及時(shí)排出時(shí)，由于流體與流體及流體與器壁間的碰撞，零速包絡(luò)面的對(duì)稱性又降低，即如圖2(d)所示，零速包絡(luò)面在靠近沉砂口的位置出現(xiàn)向上的倒角，即此工況下0.14MPa給礦壓強(qiáng)過(guò)高。

從圖3(a)為給礦壓強(qiáng)0.05MPa對(duì)蓋下短路流的影響、(b)為給礦壓強(qiáng)0.08MPa對(duì)蓋下短路流的影響、(c)為給礦壓強(qiáng)0.11MPa對(duì)蓋下短路流的影響、(d)為給礦壓強(qiáng)0.14MPa對(duì)蓋下短路流的影響，可以看出，隨著給礦壓強(qiáng)的增加，徑向速度增大，從而蓋下短路流量增加。當(dāng)給礦壓強(qiáng)為0.11MPa時(shí)，蓋下短路流已達(dá)到1m/s。

湍流強(qiáng)度的空間分布對(duì)顆粒沿旋流器徑向的有序分布至關(guān)重要。圖4(a)為給礦壓強(qiáng)0.05MPa對(duì)湍流強(qiáng)度的影響、(b)為給礦壓強(qiáng)0.08MPa對(duì)湍流強(qiáng)度的影響、(c)為給礦壓強(qiáng)0.11MPa對(duì)湍流強(qiáng)度的影響、(d)為給礦壓強(qiáng)0.14MPa對(duì)湍流強(qiáng)度的影響，可以看出，最大湍流強(qiáng)度主要出現(xiàn)在空氣柱內(nèi)部及其附近，當(dāng)給礦壓強(qiáng)小時(shí)，由于流場(chǎng)的不穩(wěn)定，導(dǎo)致最大湍流強(qiáng)度較高。隨著給礦壓強(qiáng)的增加，流場(chǎng)逐漸穩(wěn)定，給礦壓強(qiáng)0.08MPa時(shí)，最大湍流強(qiáng)度值最低，隨著給礦壓強(qiáng)的進(jìn)一步增加，水力旋流器的單位處理量增加，最高湍流強(qiáng)度值也增加。當(dāng)給礦壓強(qiáng)為0.08MPa和0.11MPa時(shí)，流場(chǎng)湍流強(qiáng)度最高值均不高于1。

因此對(duì)于所考察工況下的Φ50mm水力旋流器，為保證水力旋流器空氣柱穩(wěn)定形成、零速包絡(luò)面的對(duì)稱性高、蓋下短路流不高于1m/s、湍流強(qiáng)度最高值不高于1，即最佳的給礦壓強(qiáng)為0.08MPa～0.11MPa。

圖5為不同給礦壓強(qiáng)下實(shí)際分級(jí)所得的粒度分配曲線，圖中分配率50％處曲線斜率代表分級(jí)效率。從圖中可以看出，給礦壓強(qiáng)為0.08MPa和0.11MPa所得分級(jí)結(jié)果基本一致，給礦壓強(qiáng)為0.14MPa時(shí)，分級(jí)結(jié)果稍差，而當(dāng)給礦壓強(qiáng)為0.05MPa時(shí)，分級(jí)結(jié)果明顯變差。