基于CFD软件的水力旋流器进口设计及耐磨度评估

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1、建材世界2010年第31卷第1期基于CFD软件的水力旋流器进口设计及耐磨度评估蒋韦，胡明振(武汉理工大学资源与环境工程学院，武汉430070)摘要：运用GAMBIT建立250mm水力旋流器模型，通过CFD软件对其传统和改进后进口形式及整机进行磨损模拟仿真，通过对比分析，确定了改进后的进口形式符合矿浆流的运动规律，具有较高的耐磨度，为水力旋流器的优化仿真和技术发展提供理论依据。关键词：水力旋流器；进料口；CFDOptimizingHydrocycloneInletDesignandErosionEvaluationUsingAdvancedCFDModelJJANGWei．HUMing-zh

2、en(SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering，WuhanUniversityofTechnology，Wuhan430070，China)Abstract：Thepaperusedcomputationalfluiddynamics(CFD)笛atooltosimulatethenewdesignofinlethead，andes—tablishtheerosionmodelofresistance，hasprovidebaseforthetechnologydevelopmentofhydrocyclone．Keywords：hydroe

3、yclone；inlet；CFD水力旋流器是国内外选矿工艺中普遍采用的分级设备。在磨矿回路中，其分级效率一般为40％左右。分级效率较低直接导致了物料的“过磨”。而“过磨”增加磨机的能耗和钢耗，影响磨机的处理能力，且恶化了后续选择作业的技术指标。经验证明，分级效率提高30％磨矿总能耗可降低20％11]。为了降低选矿的能耗和钢耗，提高选矿的技术指标和经济效益，提高水力旋流器的分级效率是迫切需要解决的关键问题之一。水力旋流器进口形式设计是影响其分级效率的主要因素之一。进口形式设计不合理，会大大增加矿浆的压力损失，降低其流速，同时，也增加了旋流器进I：1的磨损。文章通过对进口形式的优化设计，和进口

4、耐磨度仿真，为水力旋流器的优化设计提供了理论依据。1进口设计常规的水力旋流器进料口往往是与圆筒相切的形式接合，物料以5～12m／s进入水力旋流器后，沿着圆筒壁的切线方向进入，并开始做旋转运动。这样的形式往往存在着较大的压力和流速损失[2l。改进后的进料口是物料在一定压力(0．05～0．3MPa)下，物料以浙开线给料方式进入旋流器筒体，形成螺旋运动。渐开线人料方式可以将湍流程度降至最低，而最大程度的将动能转化为离心力。在离心力场中，高密度颗粒离心沉降速度大，集中在旋流器外层，随外旋流向底流口流动，低密度颗粒离心沉降速度小，集中在旋流器内层，随内旋流向溢流口运动，形成密度分层的规律。如图1所示

5、，利用阿基米德螺线建立了水力旋流器进料口的3D模型，符合矿浆流的运动规律。图2为制造出来的进料管。2耐磨度评估在选矿的实际分级生产中，旋流器的磨损问题是影响旋流器使用寿命的主要因素。旋流器的耐磨度好坏除了要有好的耐磨内衬材料外，还要有平滑的曲线设计，去除尖锐或突出的部分。1172010年第31卷第1期图1进料口的3D模型图2新模型设计试验结果利用GAMBIT建立水力旋流器三维模型，对于不同的进料形式，CFD模型均能准确的预测其磨损度。磨损的速度可通过如下公式计算[3】。。岢mpc(DP)厂(a)VB蟾黼2p厶-I——瓦磊一一一ⅨⅢ式中，优。为矿浆浓度；厂(口)为进料口颗粒的碰撞角度；V为矿

6、浆流动速度；C(DP)为颗粒直径。通过CFD软件的模拟仿真，设置矿浆流的速度、浓度和不同粒径颗粒的碰撞角度，模拟水力旋流器的磨损程度。传统进料口的磨损模拟如图3所示，改进后的进料口模拟磨损如图4所示。图3常规进口形式的磨损图3显示了利用CFD模拟的在传统进料口设计中的粗颗粒运动造成的磨损效果，这种效果与现实旋流器磨损的部位非常接近。图4显示了优化设计后的进口形式造成的磨损效果。由此可知，优化后的设计大大降低了进料口的磨损程度，延长了使用寿命，并有利于旋流器的连续生产使用。水力旋流器的整体磨损仿真如图5、图6所示。1】8图4优化后的进口形式磨损图5传统进口形式的整体磨损仿真图6优化后进口形式

7、的整体磨损仿真由图可知，改进后的水力旋流器进料口完全符合矿浆流体的运动规律，磨损程度已大大低于其他部位，磨损程度在锥段和顶点区域大大增加，这与现实操作中的磨损程度非常接近。3结语运用GAMBIT建立水力旋流器仿真模型，通过CFD对改进进口形式后的进口和整机进行了磨损仿真模拟，结果显示，改进后的进口形式大大降低了进口处的磨损程度，说明改进后的进口符合矿浆流的运动规律，有利于分级效率的提高，为旋流器整机的优化设计提供了理论依