基于PIV的KYF浮选机单相流场测试与分析—KYF浮选机流场测试与仿真研究(一).pdf

2 0 1 3 年第1 期有色金属 选矿部分5 9 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 3 ．0 1 ．0 1 5 基于P I V 的K Y F 浮选机单相流场测试与分析 一K Y F 浮选机流场测试与仿真研究【一 沈政昌，卢世杰，史帅星，陈东，杨丽君 北京矿冶研究总院矿物加工工程国家重点实验室，北京1 0 0 1 6 0 摘要随着C F D 技术在浮选机设计、优化方面的应用不断深入，利用现代流体测试技术研究浮选机内部流场用以修 正C F D 预测结果变得愈发重要。本文建立了以P I V 测试技术为核心的K Y F 型浮选机流场测试试验平台，用以揭示浮选机内 部流场特征。流场测试表明K Y F - 0 ．2 浮选机的整体流场具有明显的上、下循环特征；叶轮底部流场说明了叶轮的抽吸作用 和颗粒沉槽的原因；定子叶片之间的局部流场揭示了定子的导流、稳流作用；提高叶轮转速，流体的径向速度和轴向速度随 之增加，但整体流场循环结构没有改变。另外，还探究了浮选机内部流场的P I V 测试方法。为浮选机多相流场测试技术和对 C F D 预测结果进行修正奠定了一定基础。 关键词浮选机；P I V ；流场测试；流场分析 中图分类号T D 4 5 6 ；T D 9 2 3文献标志码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 3 0 1 0 0 5 9 - 0 7 S i n g l e - P h a s eF l o wF i e l dM e a s u r e m e n ta n dA n a l y s i sB a s e do nP Ⅳf o rK Y FF l o t a t i o nM a c h i n e ．n o wF i e l dM e a s u r e m e n ta n dS i m u l a t i o nR e s e a r c ho nK Y FF l o t a t i o nM a c h i n e I S t U NZ h e n q c h a n q ，L US h i j i e ，．S 町S h u a i x i n g ，C H E ND o n g ，Y A N GL i j u n S a t eK e yL a b o r a t o 聊o fM i n e r a lP r o c e s s i n gS c i e n c ea n dT e c h n o l o ， ，．q ．t l ，B e i j i n g G e n e r a l R e s e a r c h I n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y B e i j i n g10 0 16 0 C h i n a A b s t r a c t A st h eC F Dt e c h n i q u ei sf u r t h e ra p p l i e di nd e s i g na n do p t i m i z a t i o no ff l o t a t i o nm a c h i n e ． m o d e r nf l u i dm e a s u r e m e n tt e c h n o l o g yp l a y sam o r ei m p o r t a n tr o l ei n a n a l y z i n gt h ef l o wf i e l do ft h ef l o t a t i o n m a c h i n et or e v i s eC F Ds i m u l a f i o nr e s u l t s ．A ne x p e r i m e n t a lp l a t f o r mw h i c hi Sb a s e do nt h eP I Vm e a s u r e m e n t t e c h n o l o g yW a se s t a b l i s h e df o rK Y Ff l o t a t i o nm a c h i n e ，a n dt h ei n t e r n a lc h a r a c t e r i s t i c so ft h ef l o wf i e l dw e r e r e v e a l e d ．F l u i dm e a s u r e m e n ts h o w e dt h a tt I l ew h o l ef l o wf i e l de x i s t i n gi nK Y F 一0 ．2f l o t a t i o nm a c h i n eh a s o b v i o u sc h a r a c t e ro f u p p e ra n dl o w e rc y c l e s ，a n dt h e f l o wf i e l db e l o wt h ei m p e n e rd e m o n s t r a t e dt h e p u m p i n ga c t i o n o ft h ei m p e H e ra n de x p l a i n e dt h er e a s o n f o rp a r t i c l e s s i n k i n g ．T h ef l o wf i e l db e t w e e nt h e s t a t o ra n db l a d e se x p l a i n e dt h ef l u i ds t a b i l i z a t i o na n dd i v e r s i o nf u n c t i o no ft h es t a t o r ．I m p r o v i n gi m p e l l e r s p e e d ．r a d i a la n da x i a lv e l o c i t yo ft h ef l u i dc o u l db ei n c r e a s e dw h i l et h ew h o l ef l o wf i e l dc y c l es t r u c t u r e w o u l dn o tb ea f f e c t e d ．A d d i t i o n a l ，t h eP I Vm e a s u r e m e n tm e t h o d so ft h ef l o wf i e l di nt h ef l o t a t i o nm a c h i n e w e r ei n v e s t i g a t e d ，a n dt h e s es t u d i e sc o u l dl a yaf o u n d a t i o nf o rt h em u l t i p h a s ef l o wf i e l dm e a s u r e m e n t t e c h n i q u ea n dt h em o d i f i c a t i o no fC F Ds i m u l a t i o nr e s u l t s ． K e yw o r d s f l o t a t i o nm a c h i n e ；P I V ；f l o wf i e l dm e a s u r e m e n t ；f l o wf i e l da n a l y s i s 浮选作为主要的矿物选别工艺随着技术不断发 展应用愈来愈广泛。据统计，世界上绝大多数的有 色金属矿，5 0 ％左右的黑色金属矿以及磷矿、钾盐 矿等非金属矿物甚至油砂矿、油页岩矿等新能源矿 石均采用浮选进行分选 1 ] 。浮选设备作为实现浮选 工艺的核心装备也随之广泛应用。矿产资源日益贫 细杂化和选矿厂规模不断扩大，对浮选设备的处理 量和性能都提出了更高要求。 近2 0 年来，浮选设备技术革新的主要成果可 归结为设备大型化。世界范围内的主要浮选设备供 应商均完成了其主要设备的大型化。随着大型浮选 机逐步推广应用，设备性能的提升和细节优化变得 尤为重要。而原有的以工程经验和相似放大理论为 核心的设计手段在大型浮选机优化工作中存在设计 周期长、经济成本高等突出问题。为此，国内外顶 尖的浮选设备研究机构都将C F D C o m p u t a t i o n a l 基金项目国家自然科学基金面上项目资助 5 1 0 7 4 0 2 7 收稿日期2 0 1 1 - 1 1 - 2 6 作著简介沈政昌 1 9 6 0 - ，男，江苏常熟人，博士，研究员，主要从事浮选设备设计、优化等方面研究。 万方数据 6 0 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年第1 期 F l u i dD y n a m i c s 仿真技术在浮选机中的应用视为 新的技术突破口。如O u t o t e c 开始推广基于C F D 技 术的浮选机全新搅拌系统F l o a t F o r c e T M 。而C F D 技 术在浮选机设计方面工程应用的关键是判定预测结 果的准确性和可靠性 2 | 。因此，拓展浮选机流场参 数的测试范围、提高测量结果的精度，可用以修正 C F D 预测结果，而且这是一项非常基础和重要的工作。 传统的浮选机流体测试手段主要用于获取充气 量、空气分散度等宏观浮选机运行参数，以此评价 设备性能。不难看出，原有的测试方法在测试精度 等关键环节不能满足对比、修正C F D 预测结果的 要求。鉴于此，本文探索P I V 测试技术在浮选机流 场测试中的应用，进一步揭示浮选机内部流场特 征，对比分析浮选机运行参数对流体的影响，为 C F D 技术在浮选机中的有效应用奠定基础。 1浮选机流场测试技术 浮选机设计的核心目的之一是提供适合矿物分 选的流体动力学环境。因此，获取槽内真实的流场 信息以便进行流场结构优化一直是研究的重要方 向。目前，浮选机流场测试技术还主要以皮托管测 速、排水取气、普通C C D 拍照测径法等为主，而 以P I V 、L D V 为代表的现代流体测试技术开始逐步 应用到浮选机流场测试中。 1 皮托管测速作为一种接触式测量方法， 其根据流体在皮托管两个测头处产生的压强不同计 算出流体流速[ 3 ] 。皮托管测速结构简单、测量方 便，是目前最常用的浮选机流速测试方法，但其测 试误差较大，流速过低时难以准确读数。 2 普通C C D 相机拍照测径法该方法通过 C C D 拍照记录从槽内引出的多个气泡，并通过人 工方法识别、计算气泡相关参数。该方法结构、原 理简单，又可在工业现场直接测量，因而成为浮选 机气泡参数的主要测量方法。但其不能考虑气泡引 出过程的特征变化，人工辨识误差较大，且分析处 理工作量大。 3 激光多普勒测速技术 L D V ，L a s e rD o p p l e r V e l o c i m e t r y L D V 是一种基于光学系统的非接触 式均流场参数测量方法。其原理是在测试流场中散 布示踪粒子，并通过可移动的三维坐标架系统捕捉粒 子散射光的多普勒效应从而计算出粒子速度[ 4 ] 。 该方法具有量程广、精度高等优点。但该方法几 乎仅能进行单点测量，且原则上不能用于瞬态流场 测试。 4 粒子成像测速法 P I V ，P a r t i c l eI m a g e V e l o c i m e t r y P I V 是一种非接触式瞬态流动测量 技术，本质是流场显示技术和图像处理技术的结 合蹦] 。其原理是在测试流场中散布示踪粒子，通 过高速C C D 相机配合激光发射器在极短时间内捕 捉两束激光照射到的粒子图像，从而分析出速度 场、湍流强度等流场特征参数。P I V 测试原理如图 l 所示。因P I V 方法是基于C C D 光学成像的，所 以可以同时获取整个平面的流场信息，从而实现瞬 态流场的整体测试，这就满足了类似浮选机的叶轮 机械等流场的测试要求。但是，P I V 系统要求测试 流体清洁可见，测试平面标定精准等，这又增加了 测试难度和测试误差。此外，苛刻的使用要求限制 了工程实际应用。 P A 只T ●c L e ●M A G ￡V E L o C ●M E T R Y‘P I V 7 遏 ，／ L A V l 5 l 口N 图1P I V 测试技术原理图 F i g ．1P r i n c i p l ed i a g r a m o fP I Vm e a s u r e m e n tt e c h n i q u e 5 电导探针气泡参数测试技术该技术是根 据气、液两相电导率的显著差异，通过测量电导探 针在气泡通过过程中局部电导率的变化计算出气泡 速度、相含率、直径及其分布等特征参数。图2 为电导探针气泡参数测试系统。该方法可以方便快 捷地测量出主要的气泡特征参数，有效解决C F D 气相参数的对比修正问题，但其目前仍以单点测试 为主。 ∥铲 警拳拳奉L ●●●●●●●●圈 0 o o ．9 q ，l ／ _ 一 h 。一 l } 固 图2 电导探针气泡参数测试系统 F i g ．2 T e s ts y s t e mo fc o n d u c t i v i t yp r o b e m e a s u r e m e n tf o rb u b b l ep a r a m e t e r s 万方数据 2 0 1 3 年第1 期沈政昌等基于P I V 的K Y F 浮选机单相流场测试与分析6 l 综上所述，P I V 测试技术相较于L D V 的点测 量具有瞬态面测量的优势。而电导探针气泡参数测 试技术相比于普通C C D 相机拍照测径法更高效准 确。因此，P I V 方法和电导探针气泡参数测试方法 可以为C F D 预测结果提供更全面、更有针对性的 对比数据。 2 试验系统及测试方法 ‘K Y F 型浮选机是国内应用最为广泛的浮选设 备[ N ] ，目前投入工业应用的单台容积已发展到 3 2 0m 3 ，因此研究K Y F 型浮选机的流场特征具有 广泛的代表意义。为此，作者设计了以P I V 测试系 统为核心的K Y F 一0 ．2 浮选机流场测试试验系统。 2 ．1K Y F - o ．2 浮选机流场测试试验系统 K Y F 一0 ．2 浮选机流场测试试验系统由试验型 K Y F _ 0 ．2 浮选机及其配套设施和P I V 测试系统组成。 图3 为试验型K Y F 一0 ．2 浮选机试验系统原理 图。该系统主要由试验型K Y F 一0 ．2 浮选机、空气 压缩机、转子流量计、电动推杆和变频器等组成。 其中试验型K Y F _ 0 ．2 浮选机是根据工业级K Y F 型浮 选杌通过相似方法设计并制作的，其工业型产品K Y F 一 0 ．2 已应用于澳大利亚M G TM i n i n g 公司。项目试 验型K Y F 一0 ．2 浮选机槽体 4 y 7 2 0m m x 6 4 0m m 、 叶轮、定子和空气分配器等部件均采用有机玻璃制 作，以满足P I V 测试的需要。叶轮采用后倾叶片， 定子为低阻尼直悬式，如图4 所示。试验系统可以 通过电动推杆实现关键结构、设计参数等的调节和 更换。 图3 试验型K Ⅵ、0 ．2 试验系统原理图 F i g ．3P r i n c i p l ed i a g r a mo ft e s t i n gs y s t e mo f e x p e r i m e n t a lK Y F - 0 ．2f l o t a t i o nc e l l 图5 为试验型K Y F 一0 ．2 浮选机的P I V 测试系 统。该P I V 测试系统从德国L A V I S I O N 公司引进， 图4 叶轮、定子结构形式 F i g ．4 T h es t r u c t u r eo ft h ei m p e H e ra n dt h es t a t o r 主要由高速C C D 相机 I m a g e rp r oX 、双脉冲N d Y A G 激光器 D o u b l eP u l s eN d Y A GL a s e r 、同 步处理器 P T U ，P r o g r a m m a b l eT i m i n gU n i t 和数 据分析软件 P I VF l o wM a s t e r 等组成。相关硬件 参数配置满足浮选机流场测试的需要。 图5 K LF - 0 ．2 浮选机P i ＼测试系统 g ．5 ’i h e J ’I 、7I I I P H S H I ’r I I R _ 】_ I I t s js t e i no fK 、| 1 _ 0 ．2 f l o t a t i o nI l l ；d - h i n e 2 ．2 浮选机流场的P I V 测试方法 P I V 测量技术虽是目前最为先进的流体测试手 段之一，但其在浮选机流场测试领域的应用国内外 鲜有报道。浮选机特殊的叶轮、定子结构和槽内复 杂的流体紊流等都给P I V 准确测量带来了不少难 题。总结起来，P I V 在浮选机流场测试中需要解决 示踪粒子的选择和测试区域的选择问题。 2 ．2 ．1 示踪粒子的选择 P I V 测速的实质是测量散布于流场内示踪粒子 的速度，当粒子具有良好的跟随性且不溶于测试流 体时，可以认为粒子的速度就是流场内流体的速 度。因此，示踪粒子的合理选择是非常关键的。 通常情况下，P I V 试验采用特制的S i O 微球， 万方数据 6 2 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年第1 期 其粒径从几微米至一百多微米不等，密度与水相 当。测试时，激光束照射到微球上产生米氏散射并 由带有滤波片的C C D 相机捕获成像。但是浮选机 的叶轮、定子结构的反射光非常强，频率又同微球 的散射光一致，这就易导致C C D 相机因光强过强 而损坏。所以，常用的S i O 微球不能作为浮选机 流场测试的示踪粒子。 为此浮选机P I V 测试时仅能采用荧光示踪粒 子，其在激光束照射下会激发出5 3 2n m 以} 的荧 光，在高速C C D 相机前配上5 4 0n m 以下光波截止 的滤波片，就使相机仅捕获到荧光并成像，同时避 免了叶轮、定子的强反射光 5 3 2I l m 以下为主 。 示踪粒子的粒径选择同测试流场的大小、测试 速度、经济成本等相关。一般较小的粒径跟随性较 好，但是小粒径在大流场中存在相机无法辨识、价 格高昂等问题。K Y F 一0 ．2 的测试流场约为7 0 0 x 6 0 0 m m ，已属于很大的测试流场，故综合考虑测试性 能和经济成本，选用荧光三聚氰胺微球，粒径为 5 1 ．7 斗m 。另外，为使示踪粒子能够均匀散布于流 场内，一般需将示踪粒子先期置于超声波水域中进 行预分散。 2 ．2 ．2 测试区域的选择 P I V 是一种基于光学成像的测试方法，由于叶 轮叶片和定子叶片会相互遮挡光信号，因此无法同 时获取浮选机纵截面的全部流场区域，必须采用分 区获取的方法。另外，不得不指出，过大的流场测 试区因流场内速度差过大而降低测试的准确度和精 度，故分区测试更有利于槽内流场的准确测量。 根据现有的浮选理论和C F D 预测结果，将 K Y F 一0 ．2 浮选机流场的测试平面确定在定子叶片所 在的纵截面 如图6 所示 ，并确定以下j 个流场 测试区。 1 整体流场区为了解、揭示浮选机的整体 流场结构，从而确定了除去叶轮一定子区的整体流 场测试区。 2 叶轮底部流场区为研究浮选机下部循环 和叶轮抽吸作用，从而确定了除去叶轮一定子区的 叶轮底部流场测试区。 3 定子叶片局部流场区为分析定子稳流、 导流机理，从而确定了定子叶片局部流场测试区。 3 结果与讨论 3 ．1 浮选机流场测试结果与分析 掌握浮选机内部流场信息对于评价浮选机矿 图6K Y F 一0 ．2 的P I V 标定平面 F i g ．6 T h eP I Vm e a s u r e m e n tc a l i b r a t i o np l a n eo f K Y F 一0 ．2f l o t a t i o n e l l 物分选效果具有重要意义。考虑到P I V 测试仍以单 相水介质为主，故本文的测试试验在清水条件下 进行。 图7 为P I V 测试的K Y F 一0 ．2 浮选机的整体流 场速度矢量图。从图中可以清晰看出，流体从定子 叶片导流出来后，具有明显的斜向上和斜向下的两 种流动。斜向上的流动在侧壁、顶部自由表面等的 作用下逐渐形成了顺时针方向的上部循环流场，而 斜向下的流动也逐渐形成了逆时针方向的下部循环 流场，最终在叶轮底部吸人叶轮区。这与2 0 0 9 年 J i l i a n gX i a O u t o t e cR e s e a r c hO y 的C F D 预测结 果一致[ 9 ] 。图中明显的上、下循环流场结构符合浮 选机设计理论。 5 01 0 01 5 02 0 02 5 03 0 03 5 04 。0 15 14 13 12 1 1 10 0 ．9 2 ．- “ ， 0 8 j 0 7 魁 0 6 填f } 0 5 0 ．4 O 3 0 ．2 0 1 图7P I V 测试的K Y F 一0 ．2 浮选机整体流场速度矢 量图 叶轮转速1 9 5r ／m i n F i g ．7V e l o c i t yv e c t o rd i a g r a mo ft h ew h o l ef l o w f i e l d i nK Y F - 0 ．2f l o t a t i o nm a c h i n eb yP I V m e a s u r e m e n t i m p e l l e rs p e e d1 9 5r ／m i n 万方数据 2 0 1 3 年第1 期沈政昌等基于P I V 的K Y F 浮选机单相流场测试与分析 6 3 图8 为P I V 测试的K Y F 一0 ．2 浮选机叶轮底部 流场速度矢量图。可以看到，流体从定子叶片导流 出来后有斜向上和斜向下的流动趋势，其中斜向上 的流速明显大于斜向下的流动。这是因为斜向上的 流动主要由特殊的叶轮叶型设计所产生的提升效 应，而斜向下流动的动力主要源于叶轮底部的抽吸 作用，其强度稍弱。在叶轮底部，叶轮抽吸作用显 著。流体越靠近叶轮，向上的速度越大，在叶轮正 下方的槽底也有明显的向上流动。然而远离叶轮的 槽底速度较小，特别是在图中的左下角的槽体边 沿，速度不到0 ．2m ／s 。该区域在工业浮选机中一 般称为“死区”，工程上一般通过设计斜板来消除 槽内“死区”。因此，从P I V 测试结果来看，“死 区”的存在的确是该处实际的流体速度很小，导致 矿物沉积。若通过设计加大下部循环强度或叶轮抽 吸能力将有助于减小“死区”。 图8 叶轮底部流场速度矢量图 F i g ．8V e l o c i t yv e c t o rd i a g r a mo ft h ei m p e l l e r b o t t o mf l o wf i e l d 图9 为P I V 测试的定子叶片流场位置。图l O 为定子叶片局部流场速度矢量图。从图中可以看 出，流体从叶轮甩出后进入定子叶片间，在定子叶 片处的流动平滑无漩涡，斜向上流动的流速很快， 说明定子叶片的导流、稳流效果显著。 图7 至图1 0 是在相同叶轮、定子和相同转速 条件下，P I V 测试不同浮选机流场区域的测量结 果。对比分析可以发现，图7 的整体流场和图8 的 叶轮底部流场在定子叶片出口处的流场形态差异不 大，最大速度均在1 ．5m ／s 左右，匹配较好，说明 P I V O t ] 试的可靠性较高。而图1 0 的定子叶片局部流 场区最大速度在1 ．8m ／s 左右，考虑到叶轮直径为 2 4 0m i l l ，转速1 9 5r ／m i n ，理论最大线速度为2 ．4 5 m ／s ，二者可以较好地吻合。从一定程度上可以认 为，P I V 测试的准确度较高。 3 ．2 转速对流场的影响 叶轮转速是浮选机的核心运转参数，减小转速 一5 0 圳一3 0 2 0 1 001 0 2 03 04 08 06 07 08 09 01 0 0 p o s i t i o n T l l l l l 图9P I V 测试的定子叶片流场位置 F i g ．9 T h ef l o wf i e l da r e ao ft h es t a t o rb l a d e so f P I Vm e a s u r e m e n t 遴 甚蕊豁薅遵受摹S 避鋈蒸麟 岛缸。蕊一3 。mm 图1 0 定子叶片局部流场速度矢量图 F i g ．10 T h ev e l o c i t yv e c t o rd i a g r a mo ft h ep a r t i a l f l o wf i e l do fs t a t o rb l a d e s 可以降低浮选机功耗从而降低选矿厂运行成本，但 是转速过低又会造成槽内搅拌强度不够，不利于矿 物的混合和悬浮。较高的转速不仅增加功耗，同时 会因搅拌过强而破坏矿物浮选所需的动力学环境。 因此，研究转速对浮选机内部流场的影响是很有价 值的。 图7 、图l1 和图1 2 分别为叶轮转速1 9 5 、 2 5 6 、318d m i n 时的K Y F 一0 ．2 浮选机整体流场速度 矢量图。对比分析可知，转速增加时，流场结构没 有发生本质的改变，均形成了上、下循环流场结 构。这说明K Y F 一0 ．2 浮选机在一定转速范围内都 一T，E一＼赵嘲 伯”协 ” 他 加妯町 ∞蛇 一l_∞；一、毯喇 融燃兰詈跽，黾三m三三兰- 万方数据 6 4 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年第1 期 可以形成相似的流场环境，以满足矿物浮选要求，这 有利于根据矿物性质的不同而调整浮选机运转参数。 0 01 5 02 0 02 5 03 0 03 5 04 0 0 图11叶轮转速2 5 6r ／m i n 的流场速度矢量图 F i g ．11 T h ev e l o c i t yv e c t o rd i a g r a mo ft h ef l o w f i e l da tt h ei m p e l l e rs p e e do f2 5 6r ／m i n 图1 3 和图1 4 反映了整体流场内r ／R O ．7 轴线 上转速对径向速度和轴向速度的影响，其中R 为 槽体半径，r 为径向距离。从测试的5 个转速水平 看，径向速度和轴向速度曲线的变化趋势具有很好 的一致性。随着叶轮转速的不断提高，流体径向速 度和轴向速度也不断增加。径向速度和轴向速度的 峰值区均出现在轴向位置0 ～1 0 0m m 范围内，这正 是定子叶片外沿所处的轴向位置。这一现象与浮选 机在定子叶片出口处存在高速区很好地吻合。 4 结论 浮选机技术革新更加重视设备性能提升和细节 优化，C F D 技术在浮选机中的应用为浮选机技术革 新提供了新的技术方法。然而，C F D 预测的准确性 一2 5 0 2 L x 】一1 5 0 一l o U 一5 00 5 0 l 】 1 5 02 U 02 5 0 轴向距离／m m 图1 3 整体流场r ／R 0 ．7 时，轴线上转速对径向速 度的影响 F i g ．13 T h ei n f l u e n c eo fi m p e l l e rs p e e do nr a d i a l s p e e di nt h ew h o l ef l o wf i e l dw h e nr ／R 0 ．7 0 ．6 0 0 ．4 5 O ．3 0 o0 ．1 5 70 ．0 0 曼一0 ．1 5 、一0 ．3 0 割一0 4 5 制一0 ．6 0 厦一0 ．7 5 基 一0 ．9 0 1 ．0 5 1 ．2 0 一1 ．3 5 - 2 5 0 2 0 0 1 5 0 - 1 0 0 - 5 005 0l 01 5 02 0 02 5 03 0 03 5 04 { 】 4 5 0 轴向距离／r a m 图1 4 整体流场r ／R 0 ．7 时，轴线上转速对轴向速 度的影响 F i g ．1 4 T h ei n f l u e n c eo fi m p e l l e rs p e e do na x i a l s p e e di n t h ew h o l ef l o wf i e l dw h e nr ／R O ．7 和可靠性尚需进一步研究。因此，利用现代流体力 学测试手段对浮选机流场进行测量和分析，进而修 正C F D 预测结果变得愈加重要。本文利用P I V 测 试技术对K Y F 型浮选机的流场参数进行了系统的 测试和分析，揭示了槽内真实的流场形态，为进一 步开展浮选机多相流测试、C F D 预测修正等研究奠 定了基础。 1 P I V 技术可以对浮选机内部流场进行有效 的测量，测试结果同现有的浮选机设计理论相符。 考虑到浮选机特殊的叶轮、定子结构，P I V 测试浮 选机流场时需要分区测试，以得到准确可靠的测试 结果。 2 P I V 测试的整体流场揭示了上、下循环流 场结构；叶轮底部流场区的细节流动说明较低的流 体流速导致槽内“死区”的形成；定子叶片区局部 下转第6 9 页 64208642086420246 222211lll00000000 T∞．m一＼越嘲 越纠加”协””坦仲∞盯帖们业们 万方数据 2 0 1 3 年第1 期夏敬源等空腔谐振式浮选柱在胶磷矿选矿中的动力学参数研究 矽 参考文献 [ 1 ] 史帅星，姚明钊。曹亮．气泡发生器的流体动力学性能 研究[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 0 6 3 4 2 - 4 5 ． [ 2 ] 柏中能．对云南中低品位磷矿选矿的认识和建议[ J ] ．云 南化工，2 0 0 7 ，3 4 5 2 3 2 5 ． [ 3 ] 夏敬源，杨稳权，柏中能．浮选柱在云南胶磷矿选矿中的 应用研究[ J ] ．矿冶，2 0 0 9 ，1 8 1 1 0 1 4 ． [ 4 ] 李敏，李浙昆，邹昶方，等．混流式微泡发生器流场数值 分析[ J ] ．矿山机械，2 0 0 9 ，3 7 1 7 8 3 一跖． [ 5 ] 云南磷化集团．中、低品位磷矿柱浮选新技术开发昆阳 磷矿5 0 1 吨，日柱浮选工业试验研究报告[ R ] ．昆明云南 磷化集团，2 0 0 8 ． o ／＼ 八蜍 石＼ ／孔 石八 ／n ／乱 ‘八 矗、 ／佘 ／佘 ／佘 ／n ‘卜 ／佘 ／佘 ／佘 ／斗 ／佘 ／玉 ／佘 ／仝 ／n ／≯竺／斗 ／斗 命 ／孓 ／≯ ／≯ ／玉 ／≯ ／≯ 上接第“页 流场内的流动平滑而无漩涡特征， 流、稳流设计合理。 证明定子的导 [ 4 ] K i l a n d e rJ ，R a s m u s o nA ．E n e r g yd i s s i p a t i o na n dm a c r o 3 随着叶轮转速的增加，浮选机内整体的流 场结构并未发生本质改变，说明一定转速范围内浮 选机均可以提供适合矿物浮选的流体动力学环境。 随叶轮转速的增加，P I V 测试的径向、轴向速度变 化趋势一致，速度大小逐渐增大。 参考文献 [ 1 ] 沈政昌，刘惠林，刘承帅．国内外大型浮选机的应用与进 展E J ] ．金属矿山，2 0 1 0 增刊 5 3 7 5 4 4 ． [ 2 ] 阎超，于剑，徐晶磊，等．C F D 模拟方法的发展成就 与展望E J ] ．力学进展，2 0 1 1 ，4 1 5 ，5 6 2 5 8 9 ． [ 3 ] 李岩。王海文，郭辉．皮托管测速技术在低速水洞流 场校测中的应用[ J ] ．实验流体力学，2 0 0 9 9 1 0 4 ．1 1 2 ． i n s t a b i l i t i e si nas t i r r e ds q u a r et a n k i n v e s t i g a t e du s i n g8 1 1 L EP I V a p p r o a c ha n d ．L D Vm e a s u r e m e n t s [ J ] ．C h e m i c a l E n g i n e e r i n gS c i e n c e , 2 0 0 5 ，6 0 2 4 6 8 4 4 - 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