第２期黄亚飞等：上升流场颗粒分离的ＰＩＶ测量２０１０年４月２５日
（ａ）两相速度场ｔｂＪ液相速度场（ａ）两相速度场（ｂ）液相速度场（ｃ）两相横向速度（ｄ）颗粒相粒度速度场（ｅ）涡量场图４输送区流场
（ｃ）两相横向速度（ｄ）颗粒相粒度速度场（ｅ）涡量场图５分选区流场
从图５（ａ）中可以看出，由于颗粒的重量增大了分选区内各点压力，两相流场也不像液相单独运动时整齐向上，有横向发展的趋势，但总体趋势是向上的。两相流体的速度还是在中间区域较大，大部分以０．０１５ｍ／ｓ的速度运动；与图５（ｂ）软件分离出来的液相速度场相比，在两相速度场中颗粒的作用很明显，在颗粒速度与液相不一致时，其两相速度有较大差别，即相间存在滑移速度差，但毕竟颗粒浓度较小，两相速度和单相速度的基本走势相差不大。图５（Ｃ）为整个流场的横向速度场，可见中间大部分区域横向最大速度为０．０５ｍ／ｓ，由于器壁对流体的限制，到边壁处速度减小，说明分离过程大部分是在中间区域内进行的。
图５（ｄ）为颗粒的ＰＩ’Ｖ分析结果。图中表现的是粒度速度分布图：＜０．３ｍｍ的颗粒在上升水的作用下基本向上运动，颗粒将被上升流冲起而向上运动：＞０．８ｍｍ以上的颗粒大部分是逆水向下运动的。因此，选择０．８—０．３ｒａｍ的颗粒作为分析对象。从图中可以看出，大颗粒向下运动趋势明显，并且颗粒越大，速度也越大，虽然有的大颗粒也向上运动，但运动速度比小颗粒小很多。当然，在分选时，规律性和随机性是同时存在的，有些小颗粒也会向下运动，特别是中间粒级０．５ｍｍ左右的颗粒运动较为混乱。液相速度较小之处，颗粒有下沉的趋势。边壁处由于边界层的存在，液相运动缓慢，颗粒在此处下沉的概率较高，从具体试验也可以观察到，颗粒在分离区内会贴着边壁向下快速运动，直至紊乱区再次进行分选。另外，只有较小的颗粒会跟随液相运动。
图５（ｅ）是涡量场，较单相时，整个流场内有很多小涡，颗粒已经达到充分的流态化，底部给人的上升流能量在分离区充分转化为整个截面上均匀的小涡，在分选时颗粒或颗粒团发生旋转，可以促使粒群达到较好的分离效果。
３．３紊乱区
紊乱区是底流区和分离区的过渡段，经分离区分选后的颗粒如果沉降到紊乱区则会经过再次分选，底流区的颗粒也有可能经过紊乱区，然后再到分离区分选。图６是７０～２４０ｒａｍ高度上紊乱区的瞬时流场图，其流场中会产生比较大的涡，如图６（ａ）所示，速度变化很大，部分区域速度为０．Ｏｌｍ／ｓ．也有部分区域速度会大于０．０３ｍ／ｓ。
图６（ｂ）是液相速度场，可以看出液相速度场与两相速度场基本一致，看不到有颗粒运动所引
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第２期选煤技术２０１０年４月２５日
起的速度变化，说明颗粒在紊乱区内具有较好的跟随性。图６（ｄ）也可以说明这一点，颗粒的运动轨迹与两相的流线轨迹吻合。分析的颗粒的粒度范围是０．８—０．１ｍｍ，其运动相对紊乱，但大部分颗粒是向上运动的，待达到分选区内分选时，与颗粒的粒径关系不大，但在紊乱区内的颗粒粒径较大，基本达到０．３ｍｍ以上，也占有一部分粒径在０．８ｍｍ以上的颗粒。
在比较紊乱的流场中，颗粒的跟随性较好，由两相速度合成图图６（ｇ）可以看出，大部分颗粒的速度与液相相同，跟随液相运动，少部分颗粒的速度超前液相，在左下部区域内颗粒与液相速度较大，并且同步。
颗粒速度场中下部区域拍不到颗粒，这是因为下部已经接近底流区，颗粒在流体中的容积浓度很大，已经不具备试验的拍摄条件。从图６（ｆ）中也可以看出底部已经比较暗了，事实证明当颗粒的容积浓度大于０．０５时，已得不到真实测量结果。
图６紊乱区流场
紊乱区的一个重要特点是横向速度较大，轴向速度已不占据主要方向，由图６（ｃ）横向速度图可知，在轴向速度较小之处，横向速度却很大。
图６（ｅ）是流场的涡量场，从中看出涡量场较为复杂，而近壁区域却不存在明显的粘性阻力，惯性力占据主要位置，这个区域的床层压降较大，是上升流分选的动力所在。
３．４底流区
底流Ⅸ位于分选机最下部，一般为很小～个区域，下部为阀门，控制阀门开度，便可控制流体的
１８排放和底流区的浓度。底流区内具有较大的容积浓度，并且颗粒粒径较大，不适合拍摄。图７（ａ）就是所拍摄的底流区ＣＣＤ照片，下半部分为底流区，可以看到底流区光线基本无法穿透，只拍摄到灰度阈值较小的粒子，并且靠近右下部的区域没有流场，也无法画出流线图，如图７（ｂ）。底流区内流场混乱，图７（ｃ）所看到的瞬时流场其轴向速度还有向下运动的趋势。
试验时观察可知。底流区内处于一个沸腾状
态，粒群在其中上下翻滚。
第２期黄亚飞等：上升流场颗粒分离的ＰＩＶ测量２０１０年４月２５目
５结论（ａ）ＣＣＤ相机图片（ｂ）两相速度场（ｃ）轴向速度场
图７底流区流场
通过对上升流水力分选机流场各个区域的ＰＩＶ测量，可以得到以下结论：
（１）一定浓度的沙粒由入料管进入分选床层，在分离区达到充分流态化，经过短暂的停留后，大颗粒的沙粒逐渐下沉，到紊乱区后随液相一起运动；在紊乱区内，沙粒经过了再次分选，粗颗粒便进入底流区；底流区内颗粒的容积浓度很大，控制阀门开度可以排出粗颗粒的沙粒。小颗粒的沙粒的沉降速度很小，随上升水流进入输送区，然后经溢流槽排出；而一部分中间粒级的沙粒悬浮在分离区内，运动则具有随意性，分选时间较长，在分离区经过多次分选后，缓慢向上或下部运动，如果到达输送区，则可能随溢流排出，颗粒进入输送状态，如果到达紊乱区，还要经过再次分选决定其归属。经过紊乱区二次分选的沙粒有可能再次到达分离区，如此反复，便达到分离的目的。
（２）分离时间的长短与颗粒粒径的大小、上升水流的流速及颗粒的容积浓度有关。
（３）ＰＩＶ系统分析结果与实际情况和重力分选理沦相符，因而证明了采用此技术对流场分析的可行性；此外，应用其他各种条件对该流场进行测
ｐ≯ｐｐｐｐｐｐｐｐｐｐｏＰ量，所得的结果与ＰＩＶ分析结果也很一致，这说明两相流分析中靠软件分割的分析结果具有可靠性。参考文献：
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阅２０１０年《选７７５９３５７传真：（０３１５）２８１６９６９９９ｐｐ’’飞
（双月刊）！｛＠ｈｅｉｎｆｏ．ｎｅｔ｛
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上升流场颗粒分离的PIV测量
作者：黄亚飞， 徐亮， 徐春江， 汤君
作者单位：黄亚飞,徐春江(煤炭科学研究总院唐山研究院,河北,唐山,063012)， 徐亮(天津理工大学,机械学院,天津,300000)， 汤君(中南大学,土建学院,湖南,长沙,410000)
刊名：
选煤技术
英文刊名：GOAL PREPARATION TECHNOLOGY
年，卷(期)：2010(2)
参考文献(9条)
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本文链接：https://www.doczj.com/doc/5d4628501.html,/Periodical_xmjs201002005.aspx