充气水力旋流器内颗粒的受力与运动

充气水力旋流器内颗粒的受力与运动充气水力旋流器内颗粒的受力与运动3四川联合大学褚良银东北大学罗茜余仁焕对充气水力旋流器内颗粒的径向受力和轴向受力进行了分析,并分别研究了亲水性颗粒与疏水性颗粒的运动行为,为深入认识充气水力旋流器内颗粒的分选过程行为提供了重要的理论依据。关键词充气水力旋流器离心分离浮选受力分析运动行为1引言充气水力旋流器是80年代开发的一种高效离心分选设备,它具有体积小、处理能力大、有效浮选粒度下限小、浮选速度快以及浮选成本低等优点。自问世以来,它受到了许多学者及工程师们的青睐,除了用其对矿物分选进行了大量的应用研究外,还正在越来越多地将其用于水的净化及工业废水的处理和回收、工业废渣废料的综合治理和利用以及生物工程中的细菌分离等方面的应用研究,均取得了不同程度的可喜效果[1]。充气水力旋流器是把水力旋流器内的流体流动特征与泡沫浮选巧妙地结合于一体,其内流场为复杂的三相流动;相应地,其内颗粒的分选过程行为也相当复杂。虽然前人在充气水力旋流器的应用研究方面已做了大量的工作,但对其内颗粒的分选过程行为方面的研究还显得欠缺,尤其是对其内颗粒受力与运动行为的分析与研究迄今几乎尚属空白。为了更深入地认识充气水力旋流器内颗粒的分选过程行为,以及更好地进行充气水力旋流器的进一步应用研究,本文将对充气水力旋流器内颗粒的受力分析及运动行为进行研究。2颗粒径向受力分析充气水力旋流器内的颗粒在径向上所受的3国家教委博士点专项科研基金资助项目两大动力分别是离心力及向心浮力,其表达式分别为:FC=Πd36ΘsΞ2r(1)FB=Πd36ΘΞ2r(2)式中,FC为离心力,FB为向心浮力,d为颗粒直径,Θs及Θ分别代表颗粒及介质密度,Ξ为回转角速度,r为回转半径。颗粒在径向上运动时还受流体阻力的作用,其表达式为:FD=ΝrAΘv22(3)式中,A为颗粒在其径向运动方向上的投影面积,也称为颗粒的帆面面积,对于直径为d的球形颗粒,A=Πd2�4;v为颗粒与流体介质之间的径向相对速度;Νr为径向阻力系数,是颗粒在流体介质中的雷诺数(Re=dvΘ�Λ,Λ为介质粘度)的函数,若颗粒与介质之间的径向相对流动为层流状态,则Νr=24�Re,若为过渡状态,则Νr=10�Re1�2,若为湍流状态,则Νr=0144[2]。由上所述,可知颗粒在径向方向运动时所受的总合力为:Fr_=FC_+FB_+FD_(4