[发明专利]一种深锥浓密机给料井内流场特性可视化研究实验装置

说明书

本发明公开一种深锥浓密机给料井内流场特性可视化研究实验装置，属于矿山充填尾矿浓密技术领域。该装置包括给料井系统、粒子成像测速系统、粒子制备泵送系统及实验台，给料井系统安装在实验台上，粒子成像测速系统正对给料井系统，粒子成像测速系统的激光片光源和图像传感相机布置在实验台的相应轨道上，粒子制备泵送系统连接给料井系统。该装置将给料井物理模型与激光测试系统集约化搭建，利用絮团示踪技术对给料井内流场特性开展可视化研究，可获取不同工艺条件下絮团颗粒的运移图像，分析给料井内速度分布、湍动能分布等流场特性，为进一步研究给料井内尾矿颗粒絮凝沉降行为奠定基础，从而推动尾矿高效浓密技术发展，助力矿山固废资源化利用。

技术领域

本发明属于矿山尾矿充填浓密技术领域，特别涉及一种深锥浓密机给料井内流场特性可视化研究实验装置。

背景技术

膏体充填技术可以充分利用尾矿来治理矿山开采带来的采空区和尾矿库危害，是一种绿色低碳开采新技术。尾矿浓密是膏体充填工艺的首要环节，浓密机是实现尾矿料浆固液分离、深度脱水的关键设备。而给料井作为发生絮凝行为的主要场所，是浓密机整体运行性能的核心。

给料井通过其内部的流场特性来充分耗散初始给料动能及混凝絮凝剂分子和尾矿颗粒，进而形成尺寸较大、结构稳定的絮团。开展给料井内流场特性研究具有现实意义，但是由于给料井自身的“黑箱”结构性质，目前研究手段局限于数值模拟。通过物理测试获取给料井内流场信息的手段还比较匮乏，现有流场测试方法多依赖于外加示踪粒子，虽然其具有良好的流体跟随性，但忽略了给料井内絮团颗粒的沉降行为；此外，现有给料井模型和测试系统不规范，测试步骤繁琐且图像失真和光学畸变问题严重，存在一定的局限性。因此，发明一种深锥浓密机给料井内流场特性可视化研究实验装置显得极为重要，基于该装置对给料井流场特性开展研究，既能实现给料井流场研究从“黑箱”到“可视”的飞跃，又能规避传统实验过程中存在的图像失真和光学畸变现象，最终为尾矿充填实现高效絮凝、深度脱水的浓密性能提供实验基础和理论根据。

发明内容

本发明为实现给料井流场特性研究从“黑箱”到“可视”的飞跃，提供一种深锥浓密机给料井内流场特性可视化研究实验装置。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

该装置包括给料井系统、粒子成像测速系统、粒子制备泵送系统及实验台，给料井系统安装在实验台上，粒子成像测速系统正对给料井系统，粒子成像测速系统的激光片光源和图像传感相机布置在实验台的相应轨道上，粒子制备泵送系统连接给料井系统；

具体的，给料井系统包括方形水槽、给料井、中心轴、导流板、分散盘、切线进料管、溢流管和三通管，粒子成像测速系统包括激光控制箱、激光同步器、激光片光源、图像传感相机和图像分析工作台，粒子制备泵送系统包括尾矿料浆搅拌桶、絮凝剂溶液制备桶和蠕动泵，实验台包括给料井放置台、相机轨道和片光源轨道；

方形水槽内中心设置竖直的中心轴，方形水槽内从顶部吊装给料井，给料井上部设置切线进料管，切线进料管距离给料井顶部1～2cm，且与给料井内壁严格相切，给料井内切线进料管底部向下1cm处安装环形导流板，导流板宽度为给料井直径的10％，给料井出口固定圆锥形分散盘，方形水槽侧面上部开有溢流管，切线进料管连接方形水槽上部外侧的三通管；

给料井放置台在相邻两边分别开设相机轨道和片光源轨道；

方形水槽放置于给料井放置台，激光片光源安装于片光源轨道，图像传感相机安装于相机轨道；激光片光与相机视角严格垂直，避免两者角度偏差带来的图像失真问题。

激光片光源通过激光传导臂与激光同步器连接，激光同步器通过光纤数据线和冷却管与激光控制箱连接；

图像传感相机、激光控制箱分别通过光纤数据线与图像分析工作台相连接；

尾矿料浆搅拌桶、絮凝剂溶液制备桶分别通过蠕动硅胶管经蠕动泵与三通管相连接。