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1 绪论1

1.1 概述1

1.2 旋转流体运动的基本知识1

1.2.1 旋转流体运动的基本方程1

1.2.2 自由涡运动与强制涡运动2

1.2.3 组合涡运动3

1.3 固液两相流的基本知识4

1.3.1 主要物理性质4

1.3.2 两相流伯努利方程6

1.4 离心力场中固相颗粒在液体中的沉降6

1.4.1 自由沉降6

1.4.2 干涉沉降8

2 水力旋流器内液体的流动11

2.1 概述11

2.2 液体的流动模型11

2.3 液体流动的速度分布12

2.3.1 切向速度12

2.3.2 轴向速度13

2.3.3 径向速度13

2.4 流体压力分布15

2.5 固液两相流湍流特性及对分离分级的影响18

2.5.1 水力旋流器湍动特性18

2.5.2 湍流对分离和分级的影响25

2.6 流体边界层26

2.6.1 顶盖边界层27

2.6.2 边壁边界层28

2.7 空气柱30

2.7.1 空气柱的产生30

2.7.2 空气柱的形状大小及作用31

3 水力旋流器内固相颗粒的运动34

3.1 概述34

3.2 固粒的径向运动速度34

3.3 固粒的轴向运动速度36

3.4 固粒的切向运动速度39

3.5 颗粒的浓度分布39

3.6 单一密度颗粒按粒度分布规律40

3.7 不同密度颗粒在水力旋流器内的运动及分布42

3.8 重介质旋流器内按密度分层的规律43

3.8.1 重介质水力旋流器分选原理43

3.8.2 颗粒在重介质旋流器中的分层规律43

4 水力旋流器流场研究方法45

4.1 概述45

4.2 实测研究方法45

4.3 理论计算方法--湍流数值模拟47

5 水力旋流器的主要工艺指标49

5.1 概述49

5.2 压力降49

5.3 生产能力51

5.4 分离总效率54

5.4.1 总效率的定义54

5.4.2 修正总效率54

5.5 分离粒度55

5.5.1 理论公式56

5.5.2 经验公式61

5.6 分级效率62

5.6.1 分级效率定义63

5.6.2 分级效率计算63

5.6.3 分级效率与总效率的关系64

5.7 分离精度65

5.8 分股比65

5.9 溢流浓度67

6 水力旋流器单元参数设计70

6.1 概述70

6.2 水力旋流器直径70

6.3 锥体角度71

6.4 进料口断面尺寸72

6.5 溢流管73

6.5.1 溢流管内径73

6.5.2 溢流管插入深度74

6.5.3 溢流管壁厚75

6.6 底流口直径75

6.6.1 与生产能力的关系75

6.6.2 与分离粒度与分离效率的关系75

6.6.3 与分流比的关系75

6.6.4 与底流含固量的关系75

6.7 内表面粗糙度及装配精度76

6.8 进口压力和压力降76

6.9 进料固相浓度77

6.10 进料固-液相密度77

6.11 进料粘度77

6.12 进料固相粒度组成78

7 水力旋流器无因次比例放大79

7.1 概述79

7.2 处理低浓度物料时水力旋流器的比例放大79

7.2.1 根据试验数据计算现有旋流器的比例放大系数80

7.2.2 预测现有旋流器性能81

7.2.3 给定过程条件下旋流器尺寸的选择81

7.2.4 旋流器尺寸与进口压力的选择82

7.2.5 旋流器尺寸、操作压力与分离粒度的优选83

7.2.6 根据运行费用准数判断最佳旋流器比例尺寸84

7.3 处理高浓度物料时水力旋流器的比例放大84

8 水力旋流器的操作与控制87

8.1 概述87

8.2 水力旋流器的安装88

8.2.1 水力旋流器的安装倾角88

8.2.2 水力旋流器进出口管安装89

8.2.3 水力旋流器组并联布置91

8.2.4 辅助设备配置92

8.3 水力旋流器操作控制与调节93

8.3.1 压力降对生产能力的影响93

8.3.2 压力降对分离性能的影响95

8.3.3 压力降对分股比的影响96

8.3.4 旋流器底流口控制的影响97

9 水力旋流器的磨损与材料99

9.1 概述99

9.2 磨损机理99

9.2.1 磨损分析99

9.2.2 固粒的磨蚀作用99

9.2.3 气蚀破坏100

9.2.4 磨损机理的研究100

9.2.5 复合磨损模型101

9.3 减磨措施102

9.3.1 过流表面的材料与结构103

9.3.2 悬浮液流态对磨蚀的影响104

9.4 耐磨材料105

9.4.1 耐磨铸铁105

9.4.2 铸石105

9.4.3 耐磨橡胶105

9.4.4 碳化硅106

9.4.5 聚氨酯107

9.4.6 尼龙与聚甲醛108

9.4.7 耐磨新材料与展望108

10 水力旋流器系统网络设计110

10.1 概述110

10.2 溢流串联系统网络设计110

10.3 底流串联系统网络设计111

10.4 溢流串联与底流串联并存系统网络设计112

10.5 混联系统网络设计114

10.5.1 多级逆流洗涤系统114

10.5.2 淀粉浆洗涤系统114

10.5.3 超小型旋流器组115

10.6 水力旋流器与其他分离设备联用117

10.6.1 磨矿闭路循环流程117

10.6.2 料浆预处理流程117

10.6.3 磷酸污水封闭循环流程117

11 水力旋流器的结构类型122

11.1 概述122

11.2 水力旋流器柱锥器壁的各种组合类型122

11.2.1 长锥型旋流器122

11.2.2 短锥型旋流器122

11.2.3 长柱型旋流器123

11.2.4 短柱型旋流器123

11.2.5 全柱型旋流器124

11.3 水力旋流器特型结构124

11.3.1 进料管结构124

11.3.2 溢流管结构125

11.3.3 旋流器器壁结构127

11.3.4 底流管结构131

11.4 内部增加附件的水力旋流器134

11.4.1 内部增加中心锥的水力旋流器135

11.4.2 内部增加中心固棒的水力旋流器135

11.4.3 内部增加旋转叶轮的水力旋流器136

11.4.4 内部增加空气导管的水力旋流器136

11.4.5 内部增加小旋流器的水力旋流器136

11.4.6 内部增加弹簧振子的水力旋流器137

11.4.7 内部增加卸料螺旋的水力旋流器137

11.5 复合力场型水力旋流器138

11.5.1 磁力水力旋流器138

11.5.2 磁流体水力旋流器139

11.5.3 电化学水力旋流器139

11.5.4 充气水力旋流器139

11.6 组合式水力旋流器141

11.6.1 双涡水力旋流器141

11.6.2 圆柱-圆椎两段组合式水力旋流器141

11.6.3 母子水力旋流器141

11.7 类水力旋流器设备142

11.7.1 旋流动态薄层气压过滤机142

11.7.2 旋流式浮选器142

11.7.3 喷射式浮选槽142

12 水力旋流器固液两相湍流数值模拟144

12.1 液相湍流数学模型144

12.1.1 控制微分方程组144

12.1.2 水力旋流器柱坐标K-ε模型148

12.2 湍流模型的数值计算方法149

12.2.1 流场的划分149

12.2.2 微分方程的离散化149

12.2.3 速度与压力校正--SIMPLER算法150

12.2.4 代数方程组的求解和边界条件151

12.2.5 欠松弛方法和收敛判别原则152

12.3 固相颗粒动力数学模型153

12.2.1 几种典型的固粒模型简介153

12.2.2 确定颗粒轨道模型及其计算方法155

12.4 湍流数学模型在水力旋流器中的应用158

参考文献163