Numerical Study of Solid-Liquid Two-Phase Flow in Stirred Tanks with Rushton Impeller (Ⅰ) Formulation and Simulation of Flow Field

The critical impeller speed, N_(JS), for complete suspension of solidparticles in the agitated solid-liquid two-phase system in baffled stirred tanks with a standardRushton impeller is predicted using the computational procedure proposed in Part Ⅰ. Three differentnumerical criteria are tested for determining the critical solid suspension. The predicted N_(JS)is compared with those obtained from several empirical correlations. It is suggested the mostreasonable criterion for determining the complete suspension of solid particles is the positive signof simulated axial velocity of solid phase at the location where the solid particles are mostdifficult to be suspended.

大型机械搅拌式浮选机槽内固体悬浮的研究

固体悬浮是浮选技术中比较重要的部分,研究重点是如何以最小的能耗获得所需的悬浮效果。大颗粒达到完全离底悬浮状态所需的最低搅拌速度称为临界转速。本文在临界转速条件下进行了固体悬浮试验,从试验数据可以看出,当大颗粒达到完全离底悬浮状态时,槽内各个层面浓度分布、粒级分布及金属量分布非常均匀,说明浮选机的叶轮转速、直径及槽体结构的设计合理,JJF-200大型机械搅拌式浮选机达到了工业应用的要求。

高固含搅拌槽内临界离底悬浮转速的数值模拟

使用计算流体软件CFX5.5.1对固液搅拌槽内颗粒的临界离底悬浮转速进行了数值模拟.搅拌槽直径D=0.476m,搅拌桨为三叶CBY螺旋桨.桨叶安装高度h=D/3.固液两相为玻璃珠-水,固体体积浓度为15%～50%.对临界离底悬浮的速度判据进行了修正,并利用浓度判据与修正的速度判据得到颗粒临界离底悬浮转速Njs,模拟计算结果与实验数据的误差在工业允许的范围内.同时,对临界离底悬浮状态槽底部不同浓度下的流体湍流动能的分布情况以及大小进行了预测,并对2种固体临界离底悬浮机理进行了验证.

固-液导流筒搅拌槽内流体流动和颗粒悬浮特性

在直径0.8m的导流筒搅拌槽内,对单相液体的三维速度分布、固-液两相的固体颗粒浓度分布和离底悬浮特性进行了系统的实验研究.结果表明,导流筒内外的轴向液相速度远大于径向和切向速度,导流筒外壁附近存在一个与主体轴向流动方向相反的二次流区域;搅拌槽底部结构对固体颗粒的临界离底悬浮转速(NJS)有显著的影响,浅锥底的NJS比平底的低14%以上;NJS随固相浓度的增加而增加,但当浓度超过50%时,NJS略有降低;槽内固相浓度分布的均匀性随固相浓度的增加而得到改善.本研究结果对导流筒搅拌槽的优化设计具有一定的指导意义.

适用于粗颗粒矿物浮选的颗粒悬浮特性的研究

在实验室条件下通过测定新型叶轮定子系统在不同转速条件下浮选槽内的颗粒悬浮参数,确定适用于粗颗粒矿物选别的完全离底悬浮临界转速,同时对新型叶轮定子系统和普通KYF叶轮定子系统在浮选槽内的矿物颗粒悬浮参数进行对比,分析得出新型叶轮定子系统上下两个循环通道的分界面到槽底的距离比普通KYF叶轮大,可以有效提高粗重颗粒的离底悬浮高度,在避免粗颗粒矿物快速沉降的同时可以提高其回收效果。

气－液－固三相体系颗粒完全离底悬浮的临界搅拌转速

在机械搅拌槽中，使用翼形轴流桨（Ｋ４）、涡轮桨（ＤＴ）、６叶４５°斜叶桨（６ＰＴＤ、６ＰＴＵ）（排出流向下、向上），对低粘度物系气－液－固三相体系的颗粒完全离底悬浮的临界搅拌转速Ｎ_（ＪＳＧ）作了实验研究，阐明了不同搅拌桨结构下，悬浮液浓度及通气量对Ｎ_（ＪＳＧ）的影响规律。实验得出在相同的悬浮液浓度及通气量下，Ｋ４的Ｎ_（ＪＳＧ）最低。

磷酸反应槽内临界离底悬浮转速的CFD模拟

使用计算流体软件Fluent对磷酸反应槽内颗粒的临界离底悬浮转速进行了数值模拟.搅拌槽直径.T=0.5m,四块挡板均布,搅拌桨采用45°斜叶桨.两相物系为磷石膏—硫酸,固体体积百分比浓度φ=4.65%.使用浓度判据得到颗粒离底临界悬浮转速NJS,模拟计算结果的误差在工业允许的范围内.模拟得出搅拌槽中液体的流动状况和固体体积分数的分布;同时对6个不同搅拌转速下的固体颗粒悬浮状况进行比较,得出均匀悬浮临界转速.

改进型INTER-MIG搅拌槽内固液悬浮特性的数值模拟

应用CFD软件Fluent 12.0和并行计算机工作站对双层改进型INTER-MIG桨式搅拌槽内的固液悬浮特性、临界离底悬浮转速及功率消耗进行数值模拟,分析了在固体体积分数as=30%下,转速n、桨叶离底距离C1和桨间距C2等因素对搅拌槽内颗粒悬浮特性的影响.结果表明,在一定的转速和桨径下,改变C1和C2会改变流场的局部结构,选取适合的C1和C2可使固液混合更均匀,有利于颗粒悬浮和整个搅拌槽传质传热的进行.最佳桨叶离底高度与槽径比为0.36,最佳桨叶间距与槽径比为0.44;在该最佳工况下临界离底悬浮转速Njs=118.3 r/min;得到既能达到完全离底悬浮、又能使搅拌功耗最小的最佳转速为n=124 r/min.

用临界功率表征多相搅拌槽中搅拌效果

多相搅拌过程中常常根据临界搅拌转速表征搅拌效果。由于各种搅拌桨的功率准数不同,低临界转速的搅拌桨对应的搅拌功耗可能大于高临界转速的搅拌桨,因此,本文提出用临界功率作为表征手段。选取表面曝气和固体悬浮2个典型的多相搅拌过程进行了验证,结果表明:(1)在表面曝气过程中,达到临界曝气时六斜叶下推圆盘涡轮(PBRTD)桨的搅拌功耗比标准Rushton(RT)桨低,相同功耗下PBRTD桨的kLa也更高,与临界曝气转速的判定结果不同,临界功率法认为PBRTD桨更适合作表面曝气桨,这与表面曝气机理的认识相符;(2)下推折叶透平(PBTD)桨和三叶后掠(TBHA)桨的固体颗粒悬浮实验结果也表明TBHA桨的临界离底悬浮转速高但功耗更低,TBHA桨的整体循环能力更强,有利于固体悬浮。