五干擾床分選機內(nèi)流場的數(shù)值模擬

第五章干擾床分選機內(nèi)流場的數(shù)值模擬本章主要介紹了實驗室干擾床分選機洗選系統(tǒng)的建立過程,系統(tǒng)總布置，各設(shè)備的連接方式，物料及水循環(huán)系統(tǒng)，泵的選型。同時構(gòu)建了與其相同參數(shù)的計算模擬模型.詳細說明了在數(shù)值模擬計算過程中網(wǎng)格的劃分方式，邊界條件的設(shè)定，物理模型的選擇以及各參數(shù)的設(shè)定方法。分析了不同筒體高度下試驗結(jié)果和模擬結(jié)果的關(guān)系，最后對不同入料方式和不同分布器結(jié)構(gòu)下ＴBS的運行情況做了總結(jié)。5．1建立干擾床分選機系統(tǒng)５。1．1系統(tǒng)總圖干擾床分選機粗煤泥洗選系統(tǒng)于２010年５月建立，其系統(tǒng)總圖5。1如下所示。圖5。1干擾床分選機設(shè)備布置圖Fｉｇure５．1TBSｅｑｕｉpｍｅnｔｌａyout清水池;B.沉淀池；C.干擾床分選機；Ｄ.入料緩沖倉;Ｅ.分級旋流器）（Ａ．Ｃleａrｐｏｏl;B.Sedimｅntａｔionpool;C.TBS；Ｄ.Fｅedsｕrｇeｂiｎ；Ｅ．Gｒａdecycｌone)5。1.2干擾床分選機總圖干擾床分選機筒體、溢流堰及分布器為10ｍm厚有機玻璃制造,目的是可以對系統(tǒng)內(nèi)部干擾沉降的情況進行觀察。如下圖5.２所示,考慮到溢流量可能會較大，制作了更大的溢流堰和三個溢流管，底圖側(cè)面一個紅閥為事故閥。本系統(tǒng)中入料是旋流器底流先進入緩沖倉，然后再無壓垂直給入TBS。而在實際生產(chǎn)中，實驗設(shè)備中的入料管一般為入料井，入料方式是旋流器底流切向給入。圖５。2干擾床分選機設(shè)計圖與實際設(shè)備Figｕrｅ５。２Teeｔeredbeｄsepａraｔorｄeｓiｇｎａndｔhｅaｃtuａlequiｐmenｔ5。1.3分布器的設(shè)計如上文4。1．4中對影響干擾床分選機分選效果的因素中所述,分布器對設(shè)備內(nèi)部流場有很大的影響所用,因此，分布板的設(shè)計正確與否直接決定干擾床分選機的分選精度.具體的來說，應(yīng)注意以下三點:A。分布器的作用是均勻分布水流，同時使其壓降最小.這可以通過正確地選取分布板的開孔率即開孔分布方案,以及選擇適當?shù)念A(yù)分布等手段達到。B．分布器必須使干擾床有一個良好的起始流態(tài)化狀態(tài)。在分布器附近創(chuàng)造良好的液固接觸條件，即頂水流出分布器的一瞬間,流場的流型和湍流程度應(yīng)使其上的煤顆粒都受到流場影響,排除形成“死角”即顆粒沉積到分布器上的可能性。這可以通過改變分布器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和干擾床分選機的操作參數(shù)來保證。C。需保證在連續(xù)工作過程中，分布器不被堵塞和磨蝕。因此開孔率及噴嘴口大小并非定值,而由干擾床分選機處理量、入選原煤性質(zhì)、分選機內(nèi)頂水流速及泵的流量和揚程決定。分布器的開孔率η計算方法如下式：η=n頂水通過分布器后的流速υ計算方法如下式：υ=Φ2gh，φ為小孔流量系數(shù)，通?？扇?。６0~0．62；g為重力加速度；h為開孔以上的液層高度。同時h=P2-P1γ分布板的設(shè)計如下,分別是孔數(shù)為4０個,即0.11ｈdｅｓ／cm２;孔數(shù)為50個，即0.15hdes／cｍ2；孔數(shù)為6０個,即0.19hｄes/cm2，如下圖5。3所示。小孔半徑均為２。５ｍｍ，在分布上按同心圓布置，同心圓均勻劃在底流口外，半徑分別為２２mｍ、4１.5mm、61ｍｍ、８0．5ｍm.最內(nèi)圈布置噴孔4到６個，其余各圈為最內(nèi)圈的倍數(shù)；同心圓為３到5圈不等，同時由于壁面作用和底流口的存在，最外圈和最內(nèi)圈應(yīng)分別與筒壁和底流口較近；所有的噴孔在同心圓上旋轉(zhuǎn)一定角度，保證它們之間的距離盡量均勻。圖５。３孔數(shù)60的分布板設(shè)計圖和實際樣品Ｆigure５。3Desigｎoｆｄisｔｒｉｂuｔｉoｎbｏａrdhｏles60ａndｔheａｃtualｓａmples5.1.4物料及水循環(huán)系統(tǒng)如圖5.4所示，為TBS分選系統(tǒng)物料及水循環(huán)系統(tǒng)。開機時，先將系統(tǒng)內(nèi)礦漿清洗干凈,并在沉淀池和清水池內(nèi)注水，然后開啟清水泵,待TBS內(nèi)充滿水后，開啟渣漿泵。此時整個系統(tǒng)中水達到循環(huán)使用。在沉淀池中加入煤樣，渣漿泵將煤漿打入分級旋流器之中。其底流作為ＴBS入料,從頂部給入；溢流直接打回清水池，并被清水泵打入TBＳ底部,作為頂水使用。通過ＴＢS分選作用，入料被分離為精礦和矸石，分別取樣,之后仍進入沉淀池混合，作為連續(xù)入料,繼續(xù)試驗.圖5．4干擾床分選系統(tǒng)連接圖Fｉgure5．４Ｔｅertｅdbｅdsｅｐaratoｒｓyｓtemconnecｔiｏndiaｇｒam5.1.5泵的選型主要對所需的流量和揚程進行計算，管道所需流量計算公式如下:Qp=QKQ3.6，其中Qｐ為管道計算流量,L/ｓ；KＱ為不均勻系數(shù),一般取為１.15-１．25;Q為工藝流程所需的流量，ｍ3/ｈ。泵輸送礦漿至水力旋流器的總揚程可用下述經(jīng)驗式進行計算:Hm=H1+H2+H3+H4ρm，其中H１為幾何揚程即泵中心線到水力旋流器給礦口中心線間的垂直距離，ｍ；H2為折合揚程即礦漿輸送過程中沿程經(jīng)過的直管、彎頭、三通和閘門等的水頭損失，m；H３為壓力水頭損失,即水力旋流器所需給礦壓力引起的水壓損失，m；H4為剩余揚程,ｍ。折合揚程H通過計算，本次試驗所選用泵的型號如下：A。清水泵SＧR５０—１2-25，流量12m3/ｈ，揚程25ｍ,效率６5%，電機功率１。5ｋm，電壓380Ｖ,轉(zhuǎn)速2９00r/miｎ,重量4５ｋg;B。渣漿泵40ZJ-I-A１７流量16m3/ｈ，揚程25ｍ，轉(zhuǎn)數(shù)２2５5r/min,允許輸送最大漿體重量濃度Ｃw為：灰（渣)漿和煤漿45%，礦漿和重介混合液60%。５.2構(gòu)建數(shù)學(xué)模型5。2．1干擾床分選機模型結(jié)構(gòu)參數(shù)干擾床分選機模型如圖5。5所示，向左為Z正方向,向上為Y正方向.圖5.５TＢS模型截面圖Fiｇure５。５ＴBＳmodelsecｔions5.２。２劃分網(wǎng)格及確定邊界條件將ＴＢS整體分為入料管、底流管和筒體三個部分,采用相同的網(wǎng)格劃分方法:Eｌeｍｅｎts中選擇Teｔ/Hyｂriｄ，Typｅ中選擇TＧrid,Spａcｉng用Inｔeｒvaｌsｉze設(shè)定10,如圖５．6所示。圖５。6ＴBＳ網(wǎng)格劃分（左為入料管，右為底流管及分布器)Ｆｉgure5．6ＴBSmesh(lefｔfｅｅdingｔｕbe，righｔtｏthｅendoｆｔheflowtｕbeａndthedｉsｔriｂutor)入料口，及頂水入口設(shè)定為速度入口velocｉtｙinlet：速度入口邊界條件用于定義流動速度以及流動入口的流動屬性相關(guān)標量.Ｖelｏｃityspｅｃifiｃationｍｅthoｄ設(shè)置定義進口速度方式為ｍaｇnitudｅ,normａltｏbｏuｎｄａｒy指定速度大小，方向垂直于邊界。入料速度設(shè)定為0。１m/ｓ，頂水入口速度由上升水流量除以兩個入口的橫截面積計算得到,根據(jù)實驗結(jié)果，取為分選效果較好的0.5ｍ/s.底流口和筒體上部敞開面設(shè)定為出流ｏutｆｌow：出流邊界條件用于定義在求解前流速和壓力未知的出口邊界，使用于出口處的流動是完全發(fā)展的情況,需設(shè)定該出流邊界上流體的流出量占總流出量的百分比。入料管插入筒體管口和底流管在分布板的管口設(shè)定為內(nèi)部界面inteｒｆace：內(nèi)部界面邊界條件用于分隔兩個區(qū)域,便于在兩個區(qū)域劃分不同網(wǎng)格.5.２．３數(shù)值模擬流程求解器和運行環(huán)境：在FLUENT載入網(wǎng)格后,在tｉmｅ選項中選擇不定常流ｕｎsteaｄｙ，其他則保持默認選項.運行環(huán)境方面選擇考慮重力作用.多相流模型：選用最適合模擬流化床的Ｅurleriａｎ模型，設(shè)定相數(shù)為2，主要相為液態(tài)水，次要相為空氣.粘性模型：選用SｔandaｒdＫ—eqｓiｌoｎ（２eqn)模型，由于壁面作用會對TBＳ內(nèi)上升水流有較大影響,在Neaｒ—WａｌlTｒeatmenｔ上勾選ＳｔandａｒdＷallFunctions，在K—eｑsｉｌonMuｌtｉｐhaｓｅModel上選擇混合模型Ｍixtｕre.計算殘差圖：雖然其中eqsiｌｏｎ有較大范圍的震動，但基本上已降至１0—3、１０-4數(shù)量級。共計算5８00步，即流場運動３0秒。圖5．７TＢＳ模型計算殘差Ｆigure5．7TBSmｏdeｌreｓｉｄuａlｓ5。3計算機模擬結(jié)果從TBＳ分選過程和原理及模擬結(jié)果來看,整個筒體自分布板到頂部溢流堰可被分為五部分：1。頂水層，上升水流從分布板加速向上運動.流場特點是在噴孔上方為向上的錐形流，頂水由噴孔處的細長水流逐漸變?yōu)楸椴紮M截面的層狀水流；同時在細長流之間則存在著大量的橫方向運動的渦流.２。干擾層,上升水流與入料的下沉流混合。流場在此處大范圍上下波動，同時擁有整個筒體的最大上升和下降流速。3沉降層，入料在上升水流中自由沉降.此處流場與干擾層的不同之處在于流場波動范圍較小,厚度也較薄;同時與干擾層的流場流動方向相反，即在其下部的干擾層若為向下,則此處沉降層為向上。4入料層，在入料管下方,流場向下運動，而外圍則在上升水流的帶動下向上運動；兩個區(qū)域之間沒有清晰的界限,部分入料在此層便隨上升水流向上進入溢流.５.溢流層，此層存在于入料管外圍，呈環(huán)狀.溢流從此層向外溢出,進入溢流堰。特別的，在入料管壁處要比外層的向上速度大,溢流先在內(nèi)層到達頂部，再向外圈移動,最終流出筒體。干擾床分選機截面,即Ｘ=０，Ｙ＝0兩個面的軸向速度如圖5。8所示。圖右方標尺所示0ｍｍ處為分布板,０mm-２00mｍ段為頂水倉，上升水自Ｘ＝０圖底部兩邊突起位置進入頂水倉中，設(shè)定速度為0．5m/s；頂水倉中部亮藍色區(qū)域為底流管,底流由此以Z軸正方向流出。TBＳ上部－100０mm-0mm段為筒體部分,頂部為入料管，插入深度１０0mm，至圖中－９00mｍ位置。由于自分布板進入筒體的上升水流無法保持完全均勻，導(dǎo)致筒體內(nèi)流場也并不均勻.由圖５.8可知A.在噴孔較密集的區(qū)域呈紫紅色，即流場速度垂直向上；在噴孔較稀疏的區(qū)域呈亮藍色,即流場速度垂直向下。同時，此種區(qū)域分塊特點在整個筒體上也呈兩段分布,其分界線在-600ｍm至—400mm段。B.筒體大部分呈淡藍色，即在筒體的中流場基本是以0.05ｍ/s的速度向上運動，但在近壁區(qū)域則有較大的上升或下沉速度。入料管壁附近較外圈顏色深,說明從內(nèi)向外，垂直向上速度降低。X=0,Ｙ=0兩個面的徑向速度如圖５.９所示。在分布板之上有一層為粉紅色，表示在噴孔的射流之外存在橫向的渦流。在此之上，從Ｙ=0面可以清晰看到三段存在較大橫向速度,分別對照干擾層，沉降層，入料層。而與之對應(yīng)的X=０面上則沒有明顯的界限，說明層與層之間并不是以橫截面分界。在入料管口附近明顯存在短路流，直接進入溢流。在此模型中，根據(jù)橫截面上的速度矢量，可以劃分以上五個部分.頂水層—１０即分布板到-40ｍｍ;干擾層-4０mm到-600ｍm；沉降層-６0０mｍ到-８00ｍm;入料層－80０mm到—900mm即入料口；溢流層-９０0mｍ到頂端。層與層之間并不存在明顯的邊界，而是一個過渡區(qū),隨著流場的運動而增厚或變薄，同時層也處在動態(tài)平衡之中。圖５。８X＝0（左），Ｙ＝0（右)兩個截面軸向速度云圖Figuｒｅ５．8X＝0（left）,Y=0(rｉｇｈｔ)Twosｅctionsoｆａｘiaｌvelocitｙcloud圖５．９X=0(右），Ｙ=0（左)兩個截面徑向速度云圖Ｆiguｒe5．9X=0（rｉght）,Ｙ=0（lｅｆt）Ｔwoｓectioｎsofｒadiaｌｖeloｃｉｔｙcloud圖5。10橫截面速度矢量圖Fiｇure5。１０ｃrｏsｓ－ｓecｔionｏfvelocｉtyveｃtor（A左上Z＝—1０;B右上Z＝—40；C左下Z=-３00；Ｄ下中Z=—810;E右下Z＝-９50）(AleftZ=－10；BuppｅｒrightZ=－4０；CｌｅftZ＝－３0０;DundｅrｔheZ=-810；ＥｒightlowerZ=-９５０)圖5.10為多個橫截面的速度矢量圖。Ａ。為頂水自分布板加速后的速度矢量圖，可以清楚的看到其中噴孔處的細長流，同時在細長流低端有橫向速度較大的湍流渦旋。Ｂ。為模擬所得到的頂水層和干擾層的過度面,仍可分辨出噴孔細長流的所在位置,但整個截面的流場已經(jīng)處于基本均勻的狀態(tài).Ｃ．Z＝－３00面處于干擾層內(nèi),圖中有明顯的上升和下沉速度矢量線。D．Z=—810面處于入料層內(nèi)，圖中速度矢量線較C圖短，同時D面的速度基本均為向下，說明入料層內(nèi)入料以較小的速度豎直向下進入.E．Ｚ=—９5０處中間位置是入料管，可以看到中間有一圈較長的矢量線,說明在溢流層內(nèi)圈流場更快到達頂端。分別在分布板上噴孔位置取點,通過這些點做垂線,在FLUＥNT中繪制截線圖。以上七個點的坐標如下：1（0，８0．5),2（0，41。5)，３(0，22．0)，４（20。9,6。８）,５（—２４.4，－3３。６），６（-6０.7，6.４），7（２４。9，-77.4)，如圖５．11所示.以１、2、3及中心軸線,做軸向和徑向速度圖5。12、５。１３；以4、5、６及7,做軸向和徑向速度圖5．14、５。15。由圖可知，A．在以上７個點的位置噴孔外速度在０．4m/s到0。８ｍ／s之間,在－50處降至0．1m/s.B．所有位置在-500到－５０之間都有較大范圍振蕩,再—50０到-8０0段有較小速度.C。從入料口即－90０處0。1ｍ/ｓ到－800處，在上升流的作用下一部分轉(zhuǎn)為向上，進入溢流.從徑向速度圖能得到相似的分層結(jié)論。圖5．11分布板參數(shù)（左）和取點（右)Ｆigure5．11Distｒibutｉonboaｒdparａmetｅrs（ｌeｆt）aｎdtakeｐoiｎtｓ(right)圖５。121、2、3及軸線軸向速度圖Figuｒe5.12１，2,3andtｈeaｘisoftｈeａｘｉａlvｅlociｔy圖５．131、2、3及軸線徑向速度圖Ｆiｇurｅ５。131,2，３anｄｔhｅaxｉsofthｅｒadialvelocitｙ圖5。144、5、6及７軸向速度圖Ｆigure５。144,５，６anｄ7ｏfｔｈeaxｉalvｅｌocity圖5.15４、５、６及7徑向速度圖Ｆｉgｕre5．1５4，５，6and7oftherａｄialｖelocｉtｙ圖５.１650孔分布器內(nèi)軸向速度云圖Figurｅ5．１650holeaxｉalvelocｉtyｉnsｉdｅthｅporｅsｉzedｉstｒiｂuｔiｏnｇraｐｈ根據(jù)自頂水管至分布板的流場分析,可知在此區(qū)域內(nèi)的流場基本上是混亂的。對于50孔分布板,從軸向速度圖5.16來看，沿底流管壁向外軸向速度逐漸減小,即圖中深色區(qū)域至淺色區(qū)域，但并非完全合乎規(guī)律。在分布板上過底流口圓心分別作五條貫穿噴孔的直線，過直線繪制軸向速度曲線,如圖5。１7所示，其中頂水入口在Ｙ軸上。由于此分布板設(shè)計并非完全對稱,在第一、三圈上的噴孔個數(shù)為奇數(shù)，導(dǎo)致圖在Ｙ軸正負兩側(cè)徑向速度有較大差異，在某些孔上甚至出現(xiàn)突變（如藍色線上ｅ點處的2個速度達到０.４ｍ／s）。雖然云圖所示距底流管較近的噴孔頂水未到分布板時有較大的徑向速度,但從實際曲線圖5.18來看,此規(guī)律并不明顯.噴孔徑向速度整體上在０。２m/s左右.圖5.1750孔做軸向速度曲線所取直線Figure5。１750ｈoｌｅsｔｏdoastｒaightｌineａｘｉａｌveｌocitycurvesobtaｉｎｅd圖５．1850孔所取各直線的徑向速度圖Fiｇuｒｅ5．１８ｔhｅｒaｄｉａlveｌｏｃitymａpofｔｈeｌinｅtakｅnｆrom５0hoｌes5．4模擬結(jié)果分析5．4．1筒體高度及入料管參數(shù)模擬結(jié)果分析上文中所述五個層都對TBS的分選效果有著或多或少的影響,而主要決定這五個層厚度的因素在于:TBＳ筒體高度,入料管插入深度和直徑,入料方式和分布器結(jié)構(gòu)。對筒體高度400mm,入料管直徑40mm,插入深度50mm的干擾床分選機進行模擬，結(jié)果如下。圖5.1９、圖５．２0分別為其截面軸向、徑向速度云圖。與上文中的1000mmTBＳ比較,所劃分的五層中干擾層、入料層厚度都被壓縮,而沉降層幾乎消失，但對于頂水層和溢流層而言,TBS筒體高度則不是其重要的影響因素.從橫截面速度矢量圖可知，頂水層從-10ｍｍ至—４０mm處,幾乎沒有變化；而溢流層則是固定的從入料管管口口處至頂端。由軸向速度圖可知，對照上浮、下沉速度最大的區(qū)域為干擾層的觀點,當筒體高度為40０mm時，干擾層為自—4０mｍ至—250mｍ處.最后在—250mm至入料管管口即—３50mｍ處為原沉降層和入料層,由于筒體過低,這兩個層之間幾乎不存在分界。從徑向速度圖可以得到入料管口處徑向速度較大的區(qū)域延伸至—30０ｍｍ處，而在此區(qū)域內(nèi)并不存在橫截面徑向速度均勻且較小的過渡段,可以認為入料在與上升水流相遇后，以入料內(nèi)側(cè)上升水流外側(cè)的狀態(tài)直接進入干擾層。由1000mm和400ｍｍ兩個數(shù)值模擬結(jié)果及TBS內(nèi)分選過程五個層地劃分可知筒體高度,入料管直徑等結(jié)構(gòu)因素對ＴＢＳ分選效果的影響如下：頂水層厚度較薄，在筒體高度為1０0０ｍm和４００mｍ時，均為30mm，因此筒體高度對其基本上沒有影響。頂水層自流體從噴孔中射出的位置為始,至橫截面上流場速度均勻穩(wěn)定為止,因此它的厚度主要由分布器決定(詳見下節(jié))。干擾層厚度在ＴBＳ筒體內(nèi)占巨大部分高度,即使在筒體高度只有4０0mm的極限狀況下，圖５。１94０0mm高TＢS截面軸向速度云圖Ｆiｇｕｒe5.１９Ａxiａｌｖelｏcityclｏudoftｈeｃrosｓ-sectｉonof400ｍmhigｈTBＳ圖5。２0４０0mm高ＴBS截面徑向速度云圖Fiｇure5.2０Raｄiａlvｅｌocityｃlouｄoftｈecrｏss-sectｉonof４0０mｍｈiｇhＴBＳ干擾層依然有20０mｍ以上的厚度；同時干擾層也是TBＳ筒體中分選作用最主要的執(zhí)行段。對于干擾層的厚度而言，過厚則會導(dǎo)致進行干擾沉降的顆粒降花費更多時間穿越干擾層，而且在此進程中顆粒受到的阻力也會增加，從而使得床層密度的大幅增加,降低分選效率。床層密度的增加將使得溢流的產(chǎn)率增加,灰分升高.沉降層的作用在于,在入料進入干擾層分選前,先對入料中易選出的精礦部分提前回收,在自由沉降階段進入溢流.從模擬結(jié)果來看,沉降層在TBＳ中所占高度比重較低,并且極易因筒體高度的下降而變薄,甚至消失。因此,TBS筒體過高將使得本層厚度增大，但并不會導(dǎo)致分選有較大變化，只是延長了顆粒在床層中的運動時間.但是筒體若過低,則會使顆粒在沒有自由沉降的分選過程下直接進入干擾沉降階段,增大干擾層地分選壓力，降低分選效果,增加錯配率。入料層是入料和上升水流分區(qū)，相對運動階段,自入料管管口開始到入料在筒體橫截面上均勻分布,即橫截面上流體上升速度均勻且較小結(jié)束。顯然當入料越快達到均勻分布于橫截面越有利于分選作用,同時在入料層上升流與入料流邊界因相對運動速度較大易形成錯配，即邊緣的重顆粒隨上升流直接進入溢流。上文中１000ｍm高ＴBS的入料層為１00mm；在４００ｍm高TBS中入料層與沉降層一共為10０mｍ,但需要注意的是其中沉降層已基本不復(fù)存在，因此可以說入料層的厚度與筒體高度關(guān)系不大，主要是由入料速度和入料方式所決定.針對入料方式而言，在本實驗設(shè)備中所使用的是垂直自緩沖倉向下無壓給料.雖然軸向速度較低，但無徑向速度同樣會使入料流均勻分布速度減緩.而在實際生產(chǎn)中，為旋流器切向入料。此種入料方式的優(yōu)點如下：（1)使入料具有離心力的作用，即流場中增加切向速度。在離心力的作用下，入料顆粒在沉降運動的同時按密度和粒度分層，優(yōu)化分選效果。(2)入料流在進入入料層時，與上升流相接觸的外層為受離心力較大的重顆粒,同時擁有較大的徑向和切向速度，不易形成錯配而且能更快在橫截面上均勻分布。（3）切向入料,入料的軸向速度并不大,更能減低入料層的厚度。溢流層是以被分選出的精礦隨上升水流溢出TBＳ的階段,其厚度是固定的從入料管管口至TBS最頂端，因此其主要決定因素為入料管插入深度。同時,如果入料管插入過深,因入料層厚度一定,則會占據(jù)沉降層甚至是干擾層的厚度。如果溢流層過厚，會使得上浮的溢流顆粒需要更長的時間溢出，增加難選顆粒重新進入沉降層的幾率;而如果溢流層過薄，在入料管管口或入料層直接進入溢流的錯配物更易直接溢出,使灰分增加。溢流層的特殊之處在于它不只有厚度一個參量,還有因入料管直徑而變化的圓環(huán)厚度(內(nèi)外半徑之差)。在以上模擬及實驗觀察中可知，溢流中顆粒主要由筒體中心處溢出，即中心處的軸向速度最大。上浮的顆粒需要經(jīng)過圓環(huán)厚度的距離才能真正溢出,如果此距離過遠即入料管直徑過小,則已分選出的顆粒更易重新回到分選區(qū)，增大分選區(qū)（沉降層，干擾層）的壓力，同時入料管直徑過小也會增大入料流均勻分布的難度；如果圓環(huán)厚度過小，則溢流更難溢出.5．4.2不同筒體高度實驗結(jié)果入料原煤灰分１4．５8%,粒度取在TＢS分選效果最好的０.2５mm-１mｍ，下為原煤灰分小浮沉實驗結(jié)果及可選性曲線。分別在筒體高度400mｍ，60０mm,800mｍ,1000ｍｍ下改變上升水流速為２0mｍ／s，2５ｍm/s，30ｍm/s,３5mm／s。實驗結(jié)果如表5。１圖５．2１所示。對上述煤樣進行不同筒體高度，不同上升水流量的TBS實驗,分析其溢流精煤灰分和產(chǎn)率如下圖5。2２、5。２３所示.圖中示例為上升水流量:20L/s、25Ｌ/s、３0L/ｓ、35L/s。圖中可見：A。除水流量在20Ｌ/ｓ曲線外，其他曲線規(guī)律相同,因此水流量是ＴBＳ控制溢流精煤灰分和產(chǎn)率的重要操作參數(shù)。Ｂ．TＢS過低4０mm時,水流量因素的影響最大;而在１000ｍｍ處,精煤灰分幾乎相同,說明在TBＳ較高時，流量的變化對精煤灰分的影響較小。對于產(chǎn)率而言,圖中所示在４0０mｍ至60mm之間精煤產(chǎn)率隨水流量變化較大；8０0mm至１000mm之間水流量變化對精煤灰分影響較小。C。精煤灰分和產(chǎn)率隨TBS高度的變化曲線為一元三次方程形式,即在正常高度范圍內(nèi)存在灰分和產(chǎn)率的最低值和最高值。表5.1入料原煤小浮沉綜合表Tａble５．１fｅedcoａlcｏmprｅhensiveｌistｏfsmａlｌｕpｓanｄdｏwnｓ密度級（g/cm3）產(chǎn)率(％)灰分（%）浮物累計沉物累計產(chǎn)率(％)灰分（%）產(chǎn)率（％)灰分（%)〈1。30１8。173.９8１4。１73.98100．００14．581。３０—1．４028。3８6．６2４2．５55．7481。8３1６。９３1。4０-1。5032．６５11.26７５。208。１４5３.４522．411.50—1.608.4２２１．8083。629。5１20。803９.921。６0-１.８5。0５34.７8８8.6７10。９512。３8５2.24>1。８７。３３６４.２79６．0０1５．０2７.3３６４。2７合計10０．０014.58圖5。21入料原煤可選性曲線Figurｅ５.8feｅdｃoalwashaｂilｉtycurｖe圖5.22在不同上升水流量下精煤灰分和ＴBＳ高度的關(guān)系Figure5。22TｈeｒelaｔｉｏnｓhｉpｂetweeｎｈiｇhdeｇreｅｏfＴBSanｄｃｏalashiｎｄiｆｆｅrentｆloｗ－watｅｒraｔｅs圖5。22、５.23證實了數(shù)值模擬結(jié)果中對TBS分選過程五層的劃分，由于干擾層和沉降層的存在使得精煤灰分和產(chǎn)量并沒有按設(shè)想中出現(xiàn)單一下降的規(guī)律。根據(jù)對40０mｍ高ＴBS的模擬可知,在此高度上，TBS內(nèi)不存在五層中的沉降層,即入料顆粒在進入筒體后直接與干擾層相遇，大多數(shù)顆粒隨之上浮，因此溢流中精煤灰分較大.在TＢS高度在４0０mm以上時，沉降層逐漸形成,厚度增加，本來進入干擾層直接上浮的大密度顆粒在沉降層的作用下，將不再會進入溢流。隨著TBS高度從６00mm繼續(xù)增加,沉降層的厚度一定，而干擾層的厚度增加,受其作用，本來被約束在沉降層之下的顆粒擁有更大的向上速度，又可以進入溢流,使溢流精煤灰分上升。TＢS高度升至8０0ｍm以后，在筒體的上升水流速成為影響溢流灰分的主要因素，由于筒體過高，入料需要更長時間在橫截面上均勻分布(入料層厚度增加),可被上升水流帶入溢流的顆粒密度和粒度將大大減小,因此溢流精煤灰分也降低.圖5。２3在不同上升水流量下精煤產(chǎn)率和TBS高度的關(guān)系Fｉｇｕre5．2２ThｅrelatｉoｎｓｈｉpbeｔweeｎhigｈdeｇreeｏfTBＳaｎdcｏalｙiｅldiｎdiffｅreｎtflow—waｔerｒates５．4．3分布器模擬結(jié)果分析對于頂水層，主要由分布板的結(jié)構(gòu)來控制。頂水層與干擾層的分界在于橫截面上流場的速度均勻分布。從理論上講應(yīng)至少存在一個近壁處軸線速度較小,而中心處具有整體向上速度的面；而實際ＴＢS工作過程中不會有如此明顯的分界。顯然頂水層越薄，即流場越快達到均勻分布狀態(tài)，越有利于分選過程;同時還需要保證達到平均分布時,橫截面上的軸向速度足夠?qū)θ肓线M行分選，獲得一定灰分值的精煤.圖5.245０孔軸向速度分布圖Figuｒｅ５．2４Distrｉbutionofａxiａｌveｌocityof５０ｈｏles圖5．2５40孔軸向速度分布圖Fｉｇurｅ5．2５Ｄｉstｒibutｉonｏfaxiａｌｖｅlｏcｉtyｏｆ4０ｈoｌeｓ圖５．２4和5。25分別為分布板噴孔為50、40個的結(jié)構(gòu)下,頂水從噴孔中射出時的軸向速度分布圖。根據(jù)統(tǒng)計,明顯可以得到當分布板上噴孔越少時，從單個噴孔射出的軸向速度越大;但對于整個橫截面而言，噴孔越多，平均軸向速度越大。圖５。26、５。２７、5.28所示為在不同橫截面上的軸向分布。在Ｚ=-30圖上可見50孔圖上原本相互孤立的噴孔處速度區(qū)域已經(jīng)連成一片,流場向著均勻分布轉(zhuǎn)變；而40孔圖上仍可以清晰分辨各個噴孔的位置。Z=-４0圖中５0孔圖上各相同軸向速度的區(qū)域相連,形成環(huán)狀的帶,同時分別在兩個近壁位置開始有更大的上浮、下沉速度；而孔40圖所顯示的運動狀態(tài)基本與孔50在Z=—３0時相同，圖中擁有相同速度的流場區(qū)域還相當孤立。Ｚ=－５０時孔50圖表明流場已進入干擾層，其上軸向速度在正向、負向均較大;而孔４０圖表明，在孔數(shù)減少10個的情況下，頂水層要比孔5０時厚10ｍm,流場更晚達到均勻狀態(tài)。當然并非分布板上噴孔越多，流場越快達到均勻。從５。3節(jié)中所分析各個噴孔外的速度來看，由于頂水管入口分布兩端,同時中間存在底流管,使得正對頂水管口和距其較近的噴孔所擁有的軸向速度比其他處噴孔更大;而且隨著時間的變化會偶爾出現(xiàn)不規(guī)則的速度大幅度變化。因此如果分布板上噴孔設(shè)置過多會使得軸向速度變化更大,更不易均勻化。圖５.2６孔