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基于水煤浆湿法磨矿的球磨机磨腔流场分析

作　者: 李宁
导　师: 孙毅；单继宏
学　校: 浙江工业大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 水煤浆 湿法磨矿 CFD 粘度 转速率
分类号: TD453
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


水煤浆是20世纪70年代末国际石油危机时出现的一种煤炭高新技术产品,其最常用的制备技术为球磨机一段湿法磨矿工艺。目前,对水煤浆湿法磨矿的磨腔内部流动规律和能耗规律尚不十分清晰,因此磨腔流场研究对水煤浆湿法磨矿环节很有必要。本文以φ60900×0的球磨机为研究对象,首先讨论了球磨机湿法磨矿的相关基础理论;分析了磨腔内液固流动的控制方程,运用欧拉、标准ek?湍流模型来描述固液两相间的相互作用,得到磨腔内混合物在筒体轴向长度上的湍动能和湍流耗散率与实际情况一致。然后对比分析了不同煤浆粘度和磨腔转速下钢球压强、压强梯度、平均湍动能和平均湍流耗散率,通过对比发现:在不同参数下,磨腔内部物质的运动规律及能耗规律变化趋势相同;钢球在脱离点与抛落终点附近存在较大的压强与压强梯度;当粘度或磨腔转速一定时,随着一方增加,混合物平均湍动能和平均湍流耗散率都先增大后减小,存在一个最大值。最大平均湍动能值及湍流耗散率出现在磨机转速率45%~75%、粘度2~4/.5kmsg?之间。采用全面试验法得出在当前选用的因素条件下,试验的最佳工作条件为粘度4/.3kmsg?,磨腔转速率70%。然后针对实际制备水煤浆的MSMJ1830*7000规格球磨机建立了相似的有限体积模型,得到的参数与实际制备水煤浆参数相比较,验证了该模型的正确性。本文的研究结论对水煤浆湿法磨矿环节的参数选取具有一定的参考价值。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章 绪论  10-18
  1.1 研究背景  10-13
  1.2 水煤浆的磨矿工艺  13-14
  1.3 水煤浆湿法磨矿作业的研究方法  14-15
  1.4 水煤浆制浆工艺  15
  1.5 本课题研究的目的和主要内容  15-18
    1.5.1 目前存在的问题  15-16
    1.5.2 研究的主要内容  16
    1.5.3 研究目的和意义  16-18
第2章 球磨机湿法磨矿的相关理论基础  18-30
  2.1 磨料（煤样）相关特性描述  18-19
  2.2 磨机转速的概念描述  19-21
  2.3 磨腔填充率的概念与计算  21-24
  2.4 煤浆粘度  24-26
  2.5 钢球球径的选择  26-28
  2.6 本章小结  28-30
第3章 数值模拟模型及控制方程组  30-47
  3.1 有限体积法的基本思想和特点  30-33
    3.1.1 通用变量方程  30-32
    3.1.2 有限体积法的基本思想  32-33
    3.1.3 有限体积法的特点  33
  3.2 标准k ?e 湍流模型  33-35
    3.2.1 标准k ?e 模型的方程  34
    3.2.2 湍流速度模型  34-35
  3.3 多相流模拟  35-36
    3.3.1 欧拉-拉格朗日方法  35
    3.3.2 欧拉-欧拉方法  35-36
  3.4 球磨机磨腔中的液固流动  36-46
    3.4.1 简化与假设  36
    3.4.2 控制方程的建立  36-43
    3.4.3 固体颗粒在运动中受到的力  43-46
  3.5 本章小结  46-47
第4章 球磨机磨腔内固液数值模拟  47-71
  4.1 3D 结构建模  48-49
  4.2 网格生成  49-51
    4.2.1 网格划分技术  49-51
    4.2.2 网格划分  51
  4.3 数值格式及材料模型  51-52
  4.4 边界条件  52-56
    4.4.1 层流状态固壁边界条件处理  53-54
    4.4.2 紊流状态固壁边界条件处理  54
    4.4.3 移动壁面边界  54-56
  4.5 数值求解  56-70
    4.5.1 模拟方式  56-57
    4.5.2 亚松弛因子  57
    4.5.3 初始化  57-58
    4.5.4 数值模拟  58-60
    4.5.5 数值模拟结果分析  60-70
  4.6 本章小结  70-71
第5章 球磨机湿法磨矿参数优化及模型正确性验证  71-81
  5.1 试验优化方案设计  71-73
    5.1.1 试验优化技术  71-73
    5.1.2 球磨机湿法磨矿参数试验设计  73
  5.2 球磨机湿法磨矿参数优化  73-76
    5.2.1 试验数据处理方法  73-74
    5.2.2 试验结果及极差法数据处理  74-76
  5.3 球磨机磨腔流体有限体积模型正确性的验证  76-80
    5.3.1 模型及参数设置  76-77
    5.3.2 求解及结果分析  77-80
  5.4 本章小结  80-81
第6章 总结与展望  81-83
  6.1 对本文主要研究工作的总结  81
  6.2 对未来研究工作的展望  81-83
参考文献  83-87
致谢  87-88
攻读硕士期间发表的学术论文和参与的科研项目  88

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中图分类: > 工业技术 > 矿业工程 > 矿山机械 > 选矿机械 > 磨矿机
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