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1、建材世界2010年第31卷第1期基于CFD軟件的水力旋流器進(jìn)口設(shè)計(jì)及耐磨度評估蔣韋，胡明振(武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，武漢430070)摘要：運(yùn)用GAMBIT建立250mm水力旋流器模型，通過CFD軟件對其傳統(tǒng)和改進(jìn)后進(jìn)口形式及整機(jī)進(jìn)行磨損模擬仿真，通過對比分析，確定了改進(jìn)后的進(jìn)口形式符合礦漿流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，具有較高的耐磨度，為水力旋流器的優(yōu)化仿真和技術(shù)發(fā)展提供理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：水力旋流器；進(jìn)料口；CFDOptimizingHydrocycloneInletDesignandErosionEvaluationUsingAdvancedCFDModelJJANGWei．HUMing-zh
2、en(SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering，WuhanUniversityofTechnology，Wuhan430070，China)Abstract：Thepaperusedcomputationalfluiddynamics(CFD)笛a(bǔ)tooltosimulatethenewdesignofinlethead，andes—tablishtheerosionmodelofresistance，hasprovidebaseforthetechnologydevelopmentofhydrocyclone．Keywords：hydroe
3、yclone；inlet；CFD水力旋流器是國內(nèi)外選礦工藝中普遍采用的分級設(shè)備。在磨礦回路中，其分級效率一般為40％左右。分級效率較低直接導(dǎo)致了物料的“過磨”。而“過磨”增加磨機(jī)的能耗和鋼耗，影響磨機(jī)的處理能力，且惡化了后續(xù)選擇作業(yè)的技術(shù)指標(biāo)。經(jīng)驗(yàn)證明，分級效率提高30％磨礦總能耗可降低20％11]。為了降低選礦的能耗和鋼耗，提高選礦的技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益，提高水力旋流器的分級效率是迫切需要解決的關(guān)鍵問題之一。水力旋流器進(jìn)口形式設(shè)計(jì)是影響其分級效率的主要因素之一。進(jìn)口形式設(shè)計(jì)不合理，會(huì)大大增加礦漿的壓力損失，降低其流速，同時(shí)，也增加了旋流器進(jìn)I：1的磨損。文章通過對進(jìn)口形式的優(yōu)化設(shè)計(jì)，和進(jìn)口
4、耐磨度仿真，為水力旋流器的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。1進(jìn)口設(shè)計(jì)常規(guī)的水力旋流器進(jìn)料口往往是與圓筒相切的形式接合，物料以5～12m／s進(jìn)入水力旋流器后，沿著圓筒壁的切線方向進(jìn)入，并開始做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這樣的形式往往存在著較大的壓力和流速損失[2l。改進(jìn)后的進(jìn)料口是物料在一定壓力(0．05～0．3MPa)下，物料以浙開線給料方式進(jìn)入旋流器筒體，形成螺旋運(yùn)動(dòng)。漸開線人料方式可以將湍流程度降至最低，而最大程度的將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為離心力。在離心力場中，高密度顆粒離心沉降速度大，集中在旋流器外層，隨外旋流向底流口流動(dòng)，低密度顆粒離心沉降速度小，集中在旋流器內(nèi)層，隨內(nèi)旋流向溢流口運(yùn)動(dòng)，形成密度分層的規(guī)律。如圖1所示
5、，利用阿基米德螺線建立了水力旋流器進(jìn)料口的3D模型，符合礦漿流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。圖2為制造出來的進(jìn)料管。2耐磨度評估在選礦的實(shí)際分級生產(chǎn)中，旋流器的磨損問題是影響旋流器使用壽命的主要因素。旋流器的耐磨度好壞除了要有好的耐磨內(nèi)襯材料外，還要有平滑的曲線設(shè)計(jì)，去除尖銳或突出的部分。1172010年第31卷第1期圖1進(jìn)料口的3D模型圖2新模型設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果利用GAMBIT建立水力旋流器三維模型，對于不同的進(jìn)料形式，CFD模型均能準(zhǔn)確的預(yù)測其磨損度。磨損的速度可通過如下公式計(jì)算[3】。。岢mpc(DP)廠(a)VB蟾黼2p厶-I——瓦磊一一一ⅨⅢ式中，優(yōu)。為礦漿濃度；廠(口)為進(jìn)料口顆粒的碰撞角度；V為礦
6、漿流動(dòng)速度；C(DP)為顆粒直徑。通過CFD軟件的模擬仿真，設(shè)置礦漿流的速度、濃度和不同粒徑顆粒的碰撞角度，模擬水力旋流器的磨損程度。傳統(tǒng)進(jìn)料口的磨損模擬如圖3所示，改進(jìn)后的進(jìn)料口模擬磨損如圖4所示。圖3常規(guī)進(jìn)口形式的磨損圖3顯示了利用CFD模擬的在傳統(tǒng)進(jìn)料口設(shè)計(jì)中的粗顆粒運(yùn)動(dòng)造成的磨損效果，這種效果與現(xiàn)實(shí)旋流器磨損的部位非常接近。圖4顯示了優(yōu)化設(shè)計(jì)后的進(jìn)口形式造成的磨損效果。由此可知，優(yōu)化后的設(shè)計(jì)大大降低了進(jìn)料口的磨損程度，延長了使用壽命，并有利于旋流器的連續(xù)生產(chǎn)使用。水力旋流器的整體磨損仿真如圖5、圖6所示。1】8圖4優(yōu)化后的進(jìn)口形式磨損圖5傳統(tǒng)進(jìn)口形式的整體磨損仿真圖6優(yōu)化后進(jìn)口形式
7、的整體磨損仿真由圖可知，改進(jìn)后的水力旋流器進(jìn)料口完全符合礦漿流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，磨損程度已大大低于其他部位，磨損程度在錐段和頂點(diǎn)區(qū)域大大增加，這與現(xiàn)實(shí)操作中的磨損程度非常接近。3結(jié)語運(yùn)用GAMBIT建立水力旋流器仿真模型，通過CFD對改進(jìn)進(jìn)口形式后的進(jìn)口和整機(jī)進(jìn)行了磨損仿真模擬，結(jié)果顯示，改進(jìn)后的進(jìn)口形式大大降低了進(jìn)口處的磨損程度，說明改進(jìn)后的進(jìn)口符合礦漿流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，有利于分級效率的提高，為旋流器整機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論依
