螺旋溜槽分选流场中矿粒运动轨迹研究

第31卷第5期２０16年10月

Ｖｏｌ．31，Ｎｏ．5

Oct.２０16

ＣｈｉｎａＴｕｎｇｓｔｅｎＩｎｄｕｓｔｒｙ收稿日期：2016-06-05

资助项目：国家自然科学基金（71361014）；江西省重点科技计划项目（20151BBE50038）作者简介：刘祚时（1963-），男，江西永新人，教授，本刊编委，主要从事矿山设备自动化、智能机器人技术。

DOI ：10.3969/j.issn.１００9－062２.2016.05.013

螺旋溜槽分选流场中矿粒运动轨迹研究

刘祚时1，赵南琪1，刘惠中1，2，李华梁1

（1.江西理工大学机电工程学院，江西赣州341000；2.北京矿冶研究总院，北京100160）

摘要：为研究矿粒在螺旋溜槽分选流场中的运动轨迹，以BL600螺旋溜槽作为基础，利用FLUENT 软件、离散相

颗粒模型（DPM ），建立了螺旋溜槽分选CFD 模型，分析了分选效果与矿物颗粒比重及粒度的关系，阐明了螺旋溜槽分选流场中矿物颗粒运动轨迹规律。仿真结果与已有的螺旋溜槽在分选矿物颗粒运动轨迹研究相吻合，揭示了螺旋溜槽设备重选分选原理，证明了此CFD 模型的可靠性，此模型的建立也为今后螺旋溜槽结构的改进优化提供了新的方法。

关键词：螺旋溜槽；CFD 模型；分选过程；颗粒运动轨迹中图分类号：TD455

文献标识码：A

螺旋溜槽应用广泛，分选能力优秀，主要得益于其较为独特的分选流场，研究分选时矿物颗粒在其

分选流场中的运动轨迹显得尤为重要[1-2]。但因其分选流场较为复杂，且矿物颗粒在流场中的受力极为繁杂，对其直接进行理论计算分析，显得较为困难。随着CFD 技术的发展，采用流体力学FLUENT 分析软件对该问题进行模拟分析成为可能[3]。

作为流膜类重选设备的典型代表，螺旋溜槽在分选过程中，水流不仅具有绕轴的螺旋运动（切向流速），而且在过水断面内还存在着断面环流（径向流速）。这两种运动的合成，就构成了螺旋槽内流体所特有的三维空间的“复合螺旋线”运动[4]。同时在流膜中不同粒度、不同比重矿粒随机的成群运动，导致矿粒的受力变得更加复杂，如颗粒间相互碰撞及摩擦产生的力等，且矿粒在流膜中的沉降方式为干涉沉降，这些因素进一步影响了对分选机理和强化分选效果的深入研究[5-6]。

1数值模拟的模型及边界条件

通常求解流场中粒子的轨道模型，常采用

FLUENT 中的离散相模型（Discrete Phase Model ，DPM ），来跟踪每个颗粒的运动轨迹[7]。故对于研究螺旋溜槽流场中矿物颗粒的运动轨迹，可采用DPM 模型得到相似解[8]，具体设置见表1。

表1离散相颗粒模型（DPM ）中主要参数设定表

Tab.1Parameters of discrete phase model (DPM)模拟仿真所用溜槽是基于北京矿冶研究总院BL600型螺旋溜槽相关技术参数在SolidWorks 中创建的。BL600螺旋槽设计相关参数如表2。

表2BL600螺旋溜槽技术参数

Tab.2Parameter of BL600spiral concentrator 模型中主要参数设定

求解器（Solver ）

压力基（Pressured Based ）多相流与湍流模型

（Multiphase+Viscous ）流体体积与雷诺应力模型

（VOF+RSM ）

压力速度耦合方式（Pressure-Velocity Coupling ）半隐法（SIMPLEC ）离散格式（Discretization ）一阶迎风格式（First Order Upwind ）

随机轨道模型（Number of tries ）

3次收敛标准

1×10-6

BL600实验室型

600玻璃钢衬耐磨层

360700×700260020～500.01～0.50.6～1.2（矿浆）0.3～0.5（干矿）x =0.004032y 3

型号单位螺旋槽外径mm

材质螺距mm 长×宽mm 高mm 给矿浓度%给矿粒度mm 处理量m 3/h 处理量t/h 断面曲线方程

万方数据