[发明专利]一种螺旋溜槽流膜中矿物颗粒分离指标预测与优化方法

说明书

本发明提供一种螺旋溜槽流膜中矿物颗粒分离指标预测与优化方法，包括如下步骤：S1.初步确定螺旋溜槽内流膜流动及矿物颗粒运动的数值计算模型，所述数值计算模型包括薄膜明渠流模型和颗粒流模型；S2.验证螺旋溜槽内流膜流动及矿物颗粒运动数值计算模型的可靠性，所述数值计算模型的可靠性从水层厚度、浆流‑空气界面位置及颗粒分离指标三方面进行评估；S3.确定目标螺旋溜槽的结构参数及工况条件；S4.基于改进的螺旋溜槽中颗粒流的数值模型，对目标螺旋溜槽在特定工况下的分离指标进行预测；S5.基于改进的螺旋溜槽中颗粒流的数值模型，对目标螺旋溜槽的分离效率进行预测和优化。

技术领域

本发明涉及螺旋溜槽中颗粒流仿真的数值计算模型领域，具体为一种螺旋溜槽流膜中矿物颗粒分离指标预测与优化方法。

背景技术

在对生产质效及环保要求不断提高的形势下，重选的优越性愈加突出。作为一种典型的复合力场重选设备，螺旋溜槽在鞍山式赤铁矿、黑钨矿、煤炭等生产现场应用广泛，并表现出良好的分离性能。生产中，螺旋溜槽往往受前序分级或分选作业的约束，导致给料量、粒度组成、浆体浓度等给矿条件时常波动，进而无法充分发挥设备的分离功能。此外，随着生产过程的进行，工作槽面会发生表面损坏甚至变形，使得螺旋溜槽的生产指标急剧下降。因此，如何基于生产物料的特性及其变化规律对分离指标进行及时预测，并通过调整工作参数的途径来提高设备分离效能，成为同类矿石生产中亟待解决的关键问题。

由于研究手段的限制，现有的预测模型通常不考虑螺旋溜槽中流体的流动状态，多通过改变物料性质、结构参数和操作参数考查对应的输出性能。在此基础上，再通过回归分析等数学方法得到经验方程。由于不同经验模型建立时所选用的螺旋溜槽参数配置及物料性质差异较大，且在回归分析过程中对局部坏点进行了剔除，因而这种预测模型的针对性很强，但其普适性则显不足。因此，根据固体物料在螺旋溜槽中分离的运动本质，亟待从流体特性和固体运动相关联的角度建立一种螺旋溜槽流膜中矿物颗粒分离指标的预测与优化方法。

近年来，CFD等数值仿真技术的蓬勃发展为螺旋溜槽内流场及颗粒分离过程的可视化和定量化提供了有力支撑。仿真方法具有试验材料成本低、流场信息全面及计算结果可反复读取等很多独特优势。此外，借助于数值试验方法还能显著减少设备物理模型的制作规模与周期，从而大大降低了研发成本，其提供的大量定性及定量数据也为分离理论研究的进一步深入提供了更大可能。

CFD(Computational Fluid Dynamics)方法作为一种通用的模拟手段被广泛用于螺旋溜槽的相关研究之中。在计算过程中，除了要遵循质量守恒和动量守恒等基本物理定律外，还需要根据具体情况选择合适的求解模型，必要时需对模型进行改进或者二次开发，从而提高其在特定流场中的模拟精度。在流体流动角度，螺旋溜槽内的薄膜流场属于明渠流范畴，因此，合理选择多相流模型对于成功模拟出其中的气液固三相体系至关重要。

目前，应用于螺旋溜槽颗粒流仿真的CFD方法主要包括欧拉-拉格朗日法和欧拉-欧拉法。然而，欧拉-拉格朗日法无法考虑颗粒对流体的影响，仅能定性追踪少量颗粒的运动轨迹，因此并不适于颗粒体积浓度较高的分离条件。相比之下，欧拉-欧拉法则是将颗粒视为一种连续介质的拟流体，并借助颗粒动力学理论模型来描述颗粒间的相互作用，因此欧拉-欧拉法成为预测大规模颗粒流动的较理想方法。然而，欧拉-欧拉法却无法精确捕捉到流膜表面，这就需要在建立螺旋溜槽计算域时固定一个假设的上边界，这又限制了其在高浓度颗粒流研究中的应用。原因在于，颗粒浓度变高会使流膜形态发生变化，与假定的上边界产生差异从而会导致模拟结果的失真。为了解决欧拉-欧拉法处理相界面时数值弥散的问题，亟需研究一种适用于离散相和连续界面同时存在的分离体系的模型，以提高对流动介质中高浓度颗粒流的预测精度。

发明内容

本发明的技术任务是针对以上现有技术的不足，本发明提供一种螺旋溜槽流膜中矿物颗粒分离指标预测与优化方法，用以准确描述螺旋溜槽流膜中颗粒运动及分离指标的试验方法，实现对特定工况下物料分离指标的预测与工作参数优化。