[发明专利]一种微泡发生器的开发方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及矿物加工中微泡浮选技术领域，具体涉及到一种微泡发生装置的开发方法及应用。

背景技术

微泡发生器是产生微泡的重要装置、是微泡浮选系统中的关键部件。在微泡浮选中，其重要关键技术之一在于如何获得尺寸、数量、分布、流型合理的微泡，微泡发生器性能的优劣对整个浮选装置的浮选效果、浮选速率影响很大，另外，微泡发生器的堵塞也一直是制约微泡浮选技术发展的瓶颈。这些与微泡发生器内流场特性有直接关系。目前，微泡发生器主要采用经验设计和物理实验手段设计，存在着设计制造周期长、加工成本高、试验测试方法繁琐等缺点，既不经济也不合理，不适应微泡发生装置的发展要求。随着计算机流体力学(Computational Fluid Dynamics，简称CFD)研究的逐渐成熟和迅速发展，已经有望将CFD技术应用于微泡发生器的设计、分析和结构优化中。目前罕有关于对微泡发生器设计有实际指导意义的研究公开发表。

发明内容

本发明的目的是提供一种微泡发生器的开发方法，它集计算机数值仿真和物理实验为一体，开发设计的微泡发生器能够有效地产生微泡，能有效提高设计质量，降低开发成本，缩短开发周期，并且能够防止微泡发生器的堵塞，具备良好的流场特性。

本发明提出的开发方法已应用到微泡发生器的设计、分析和结构优化中，开发设计的微泡发生器可用于金属或非金属矿山、煤碳、造纸、废纸脱墨、工业废水处理等多种领域，该方法也可用于其它流体机构的设计开发。

本发明所提供的微泡发生器设计开发方法，设计思路如下：

采用计算机辅助设计(CAD)技术进行结构设计，并利用商用计算机流体力学软件CFD技术的可视化优势，确定微泡发生器内真空负压区的位置、紊动能的分布情况、空气、水、矿物各相的速度分布以及适宜的喷嘴出口速度，分析喷嘴最易磨损的位置。同时对微泡发生器进行多工况分析，确定微泡发生器的最佳结构参数，预测微泡发生器的性能。并根据CFD技术分析结果确定的微泡发生器结构参数制作物理样机，进行物理实验，验证开发方法的正确性，达到快速设计制造优质微泡发生器的目的。

本发明所提供的微泡发生器设计开发方法，步骤如下：

(1)利用计算机辅助设计CAD软件对微泡发生器进行初步结构设计，确定微泡发生器各部分结构尺寸；

(2)建立微泡发生器的有限体积计算模型，对模型进行网格划分并设定计算区域的边界条件；

(3)应用商用CFD软件求解器对微泡发生器计算区域模型进行数值计算；

(4)计算得到流速场、压力场及紊动能分布等参数，确定计算区域内真空负压位置和喷嘴最易磨损位置；

(5)修改微泡发生器结构尺寸，对微泡发生器进行多工况分析，分析影响微泡发生器各结构尺寸对微泡发生器流场特性的影响，并确定微泡发生器的最佳结构尺寸；

(6)对确定最佳结构尺寸的微泡发生器进行物理样机的制作，并进行物理实验，验证开发方法的正确性。

本发明的有益效果是

本发明采用借助商用CFD技术设计微泡发生器，对于降低设计成本、缩短开发周期以及提高自主开发能力等方面都起到了十分重要的作用，本发明采用虚拟设计，可以尽早发现问题，进行结构修改，可以快速完成各种工况的模拟实验，获得与实际工况相一致的重要参考数据，可以方便进行多相流的各种流体动力学实验，以获得优质微泡发生器的快速开发，有着广阔的发展前景。

附图说明

图1是本发明采用的射流式微泡发生器计算区域图。

图2是本发明采用的射流微泡发生器模型网格划分图。

图3是本发明计算区域的气相速度分布云图。

图4是本发明计算区域的流体静压分布等值线图。

图5是本发明计算区域的紊动能分布等值线图。

图6是本发明采用的物理实验实施例的安装示意图。

图7是本发明采用的射流微泡发生器实验产生直径0.1-0.3mm的微泡图片。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的典型实施例作进一步详细描述，以下实施例用于说明本发明。

本发明方法采用CAD软件、CFD软件和实验相结合的方法对微泡发生器进行开发设计，本发明涉及的微泡发生器其原理是利用各占一定比例的空气、水、矿物混合物通过流体紊动扩散作用，产生均匀、微小的气泡，以适应微泡浮选的需要。在设计的微泡发生器内，气流被破碎成微泡，而且可以有效地解决微泡发生装置容易堵塞的问题。下面参阅附图以射流微泡发生器为例作具体说明。