Особенности центробежной сепарации частиц в аппаратах с геометрической асимметрией и вибрационным воздействием

• Автор: Ходус, Виталий Викторович
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 175 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, РАЗМЕРНОСТИ И ИНДЕКСЫ
ВВЕДЕНИЕ
1. СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В АППАРАТАХ ДЛЯ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ СЕПАРАЦИИ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ В ПОТОКАХ СУСПЕНЗИИ
1Л. Аппараты для сепарации твердых частиц во вращающихся потоках суспензии. Гидроциклон как аппарат с асимметричной геометрией торцов. Сепарация суспензий в циклах измельчения руд
1.2. Существующие методики расчета гидроциклонов и их недостатки. Аномальные взаимозависимости параметров в гидроциклонах
1.3. Методы математического описания вращающихся потоков и их применимость для расчета гидроциклонов
1.3.1. Параметры и уравнения плоского вращательного движения. Модели идеальной жидкости. Форсуночные модели
1.3.2. Особенности рабочего процесса в гидроциклонах. Особая роль поверхностного трения и торцевых эффектов
1.3.3. О возможности приложения методов теории подобия к расчету гидроциклонов
1.3.4. Закономерности осаждения твердых частиц в поле сил инерции. Характеристики гранулометрического состава твердой фазы. Реологические свойства суспензий и способы влияния на них
1.4. Выводы исследования. Постановка целей и задач
2. МОДЕЛИРОВАНИЕ СЕПАРАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В АППАРАТАХ С ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ АСИММЕТРИЕЙ И ВИБРАЦИОННЫМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ
2.1. Постановка задачи исследования. Уравнения общего типа. Основные допущения. Физическая модель. Энергетический баланс гидроциклонов
2.2. Дифференциальные и интегральные характеристики плоских вращающихся потоков при степенном задании зависимости тангенциальных скоростей от радиуса
2.3. Трение на стенках. Фактор поверхностного трения. Одномерная модель при степенном задании окружных скоростей
2.4. Двумерная модель с учетом торцевой асимметрии. Движущие си-
лы продольной циркуляции. Определение производительности на основе принципа наибольшего расхода
2.5. Двумерная модель течения с трением в конической зоне
2.6. Математическая модель гидроциклонов с учетом специфики циклов измельчения. Сепарационные процессы. Замыкающие эмпирические соотношения
2.7. Математическая модель сепарации частиц по крупности. Извлечение узких классов крупности
2.8. Влияние вибраций на процесс сепарации в гидроциклонах
3. РЕЗУЛЬТАТЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ. СРАВНЕНИЕ С ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМИ ДАННЫМИ И РАСЧЕТАМИ ПО ИЗВЕСТНЫМ МЕТОДИКАМ
3.1. Методика экспериментального подтверждения. Результаты расчетов гидроциклонов, работающих на суспензиях с малым содержанием твердого и сопоставление их с экспериментальными данными
3.2. Влияние различных факторов на режим работы гидроциклонов. Объяснение специфических явлений и закономерностей
3.3. Сопоставление результатов расчетов гидроциклонов обогатительных фабрик с экспериментальными данными
3.4. Результаты расчета сепарационных процессов
4. ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ГИДРОЦИКЛОНОВ В ЦИКЛАХ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ. ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
4.1. Критерии оптимизации. Использование полученных результатов для оптимизации совместной работы гидроциклонов и мельниц в циклах измельчения
4.2. Результаты эксплуатации установок разделения рудных суспензий, спроектированных с учетом разработанной методики расчета
4.3. Рекомендации по оптимизации гидроциклонов с учетом свойств суспензий и требуемых параметров разделения
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
ВЫВОД
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, РАЗМЕРНОСТИ И ИНДЕКСЫ
V - скорость взвесенесущей жидкости, м/с; п - показатель циркуляции
а = У2/г - центробежное ускорение
V - скорость движения твердой фазы относительно жидкости, м/с; Р - давление, Па;
Р* - полное давление с учетом скоростного напора, Па;
<3 - объемный расход, м3/с (м3/час); в - массовый расход суспензии, кг/с (т/час);
Т - массовый расход твердой фазы, кг/с (т/час);
I - доля расхода твердого, выходящая в слив;
¥- расход воды в составе суспензии, кг/с (т/час);
АР- перепад давлений, Па; р - плотность, кг/м3;

относительная плотность твердой фазы.;

р - коэффициент расхода;
Ф - коэффициент «живого сечения», объемное содержание твердой фазы в суспензии;
- коэффициент гидравлического трения; г - радиус, м;
Я - радиус потока на периферии (внутренний радиус стенки), м; с1 - диаметр, м;
Н - высота, м;
Б - длина, м;
Б - площадь, м2; а - угол конуса, °;
т - массовая доля твердой фазы в суспензии;
5 - размеры частиц, мкм; шероховатость поверхности;

чаев течение в циклонах не только турбулентное, но и автомодельное по числу Рейнольдса. В самом малоразмерном циклоне, приведенном в литературе [23], диаметр составляет 25 мм, а скорость жидкости на входе 5,5 м/с, что соответствует по воде Re=l37000. Если принять в качестве характерного размера диаметр входного отверстия 6 мм, число Рейнольдса равно 33000, т.е. находится в зоне развитого турбулентного течения.
Для большинства же циклонов диаметр составляет 300-1000мм, a Log Re=5...6,5. При этом коэффициент гидравлического трения зависит только от относительной шероховатости. При автомодельности по Рейнольдсу для гидродинамического подобия, если не учитывать сепарационные процессы, достаточно геометрического подобия циклонов. В этом и заключается основная сложность. Несмотря на простоту конструкции циклонов, геометрических размеров, влияющих на процесс, достаточно много:
• диаметр цилиндрической части циклона;
• эквивалентный диаметр входного отверстия;
• его форма, по крайней мере, отношение высоты к ширине;
• диаметр сливного патрубка;
• диаметр отверстия в вершине конуса
• угол конуса
• глубина погружения сливного патрубка в камеру циклона
• шероховатость поверхности.
Таким образом, геометрических размеров циклонов, влияющих на процесс, восемь. Если брать все размеры в долях диаметра циклона, все равно их будет семь. Из семи размеров можно составить большое число комбинаций. Сделав уменьшенную модель циклона и пролив его на воде на стенде, можно с достаточной точностью определить расход натурного циклона на воде. Однако сделать наперед цикл экспериментов со всеми возможными сочетаниями размеров очень трудоемко. Сепарационные процессы еще более осложняют картину.
Рассмотрим критерий Фруда, применяемый при анализе течений со свободной поверхностью. Обычно центробежные ускорения, особенно в центральной зоне, на 2-3 порядка превышают ускорение силы тяжести, поэтому гравитационные силы мало влияют на процесс. Следовательно, вместо g нужно под-

ставлять центробежное ускорение « = —. Если в качестве скорости взять ско-