五干扰床分选机内流场的数值模拟

第五章干扰床分选机内流场的数值模拟本章主要介绍了实验室干扰床分选机洗选系统的建立过程,系统总布置，各设备的连接方式，物料及水循环系统，泵的选型。同时构建了与其相同参数的计算模拟模型.详细说明了在数值模拟计算过程中网格的划分方式，边界条件的设定，物理模型的选择以及各参数的设定方法。分析了不同筒体高度下试验结果和模拟结果的关系，最后对不同入料方式和不同分布器结构下ＴBS的运行情况做了总结。5．1建立干扰床分选机系统５。1．1系统总图干扰床分选机粗煤泥洗选系统于２010年５月建立，其系统总图5。1如下所示。图5。1干扰床分选机设备布置图Fｉｇure５．1TBSｅｑｕｉpｍｅnｔｌａyout清水池;B.沉淀池；C.干扰床分选机；Ｄ.入料缓冲仓;Ｅ.分级旋流器）（Ａ．Ｃleａrｐｏｏl;B.Sedimｅntａｔionpool;C.TBS；Ｄ.Fｅedsｕrｇeｂiｎ；Ｅ．Gｒａdecycｌone)5。1.2干扰床分选机总图干扰床分选机筒体、溢流堰及分布器为10ｍm厚有机玻璃制造,目的是可以对系统内部干扰沉降的情况进行观察。如下图5.２所示,考虑到溢流量可能会较大，制作了更大的溢流堰和三个溢流管，底图侧面一个红阀为事故阀。本系统中入料是旋流器底流先进入缓冲仓，然后再无压垂直给入TBS。而在实际生产中，实验设备中的入料管一般为入料井，入料方式是旋流器底流切向给入。图５。2干扰床分选机设计图与实际设备Figｕrｅ５。２Teeｔeredbeｄsepａraｔorｄeｓiｇｎａndｔhｅaｃtuａlequiｐmenｔ5。1.3分布器的设计如上文4。1．4中对影响干扰床分选机分选效果的因素中所述,分布器对设备内部流场有很大的影响所用,因此，分布板的设计正确与否直接决定干扰床分选机的分选精度.具体的来说，应注意以下三点:A。分布器的作用是均匀分布水流，同时使其压降最小.这可以通过正确地选取分布板的开孔率即开孔分布方案,以及选择适当的预分布等手段达到。B．分布器必须使干扰床有一个良好的起始流态化状态。在分布器附近创造良好的液固接触条件，即顶水流出分布器的一瞬间,流场的流型和湍流程度应使其上的煤颗粒都受到流场影响,排除形成“死角”即颗粒沉积到分布器上的可能性。这可以通过改变分布器的结构参数和干扰床分选机的操作参数来保证。C。需保证在连续工作过程中，分布器不被堵塞和磨蚀。因此开孔率及喷嘴口大小并非定值,而由干扰床分选机处理量、入选原煤性质、分选机内顶水流速及泵的流量和扬程决定。分布器的开孔率η计算方法如下式：η=n顶水通过分布器后的流速υ计算方法如下式：υ=Φ2gh，φ为小孔流量系数，通常可取0。６0~0．62；g为重力加速度；h为开孔以上的液层高度。同时h=P2-P1γ分布板的设计如下,分别是孔数为4０个,即0.11ｈdｅｓ／cm２;孔数为50个，即0.15hdes／cｍ2；孔数为6０个,即0.19hｄes/cm2，如下图5。3所示。小孔半径均为２。５ｍｍ，在分布上按同心圆布置，同心圆均匀划在底流口外，半径分别为２２mｍ、4１.5mm、61ｍｍ、８0．5ｍm.最内圈布置喷孔4到６个，其余各圈为最内圈的倍数；同心圆为３到5圈不等，同时由于壁面作用和底流口的存在，最外圈和最内圈应分别与筒壁和底流口较近；所有的喷孔在同心圆上旋转一定角度，保证它们之间的距离尽量均匀。图５。３孔数60的分布板设计图和实际样品Ｆigure５。3Desigｎoｆｄisｔｒｉｂuｔｉoｎbｏａrdhｏles60ａndｔheａｃtualｓａmples5.1.4物料及水循环系统如图5.4所示，为TBS分选系统物料及水循环系统。开机时，先将系统内矿浆清洗干净,并在沉淀池和清水池内注水，然后开启清水泵,待TBS内充满水后，开启渣浆泵。此时整个系统中水达到循环使用。在沉淀池中加入煤样，渣浆泵将煤浆打入分级旋流器之中。其底流作为ＴBS入料,从顶部给入；溢流直接打回清水池，并被清水泵打入TBＳ底部,作为顶水使用。通过ＴＢS分选作用，入料被分离为精矿和矸石，分别取样,之后仍进入沉淀池混合，作为连续入料,继续试验.图5．4干扰床分选系统连接图Fｉgure5．４Ｔｅertｅdbｅdsｅｐaratoｒｓyｓtemconnecｔiｏndiaｇｒam5.1.5泵的选型主要对所需的流量和扬程进行计算，管道所需流量计算公式如下:Qp=QKQ3.6，其中Qｐ为管道计算流量,L/ｓ；KＱ为不均匀系数,一般取为１.15-１．25;Q为工艺流程所需的流量，ｍ3/ｈ。泵输送矿浆至水力旋流器的总扬程可用下述经验式进行计算:Hm=H1+H2+H3+H4ρm，其中H１为几何扬程即泵中心线到水力旋流器给矿口中心线间的垂直距离，ｍ；H2为折合扬程即矿浆输送过程中沿程经过的直管、弯头、三通和闸门等的水头损失，m；H３为压力水头损失,即水力旋流器所需给矿压力引起的水压损失，m；H4为剩余扬程,ｍ。折合扬程H通过计算，本次试验所选用泵的型号如下：A。清水泵SＧR５０—１2-25，流量12m3/ｈ，扬程25ｍ,效率６5%，电机功率１。5ｋm，电压380Ｖ,转速2９00r/miｎ,重量4５ｋg;B。渣浆泵40ZJ-I-A１７流量16m3/ｈ，扬程25ｍ，转数２2５5r/min,允许输送最大浆体重量浓度Ｃw为：灰（渣)浆和煤浆45%，矿浆和重介混合液60%。５.2构建数学模型5。2．1干扰床分选机模型结构参数干扰床分选机模型如图5。5所示，向左为Z正方向,向上为Y正方向.图5.５TＢS模型截面图Fiｇure５。５ＴBＳmodelsecｔions5.２。２划分网格及确定边界条件将ＴＢS整体分为入料管、底流管和筒体三个部分,采用相同的网格划分方法:Eｌeｍｅｎts中选择Teｔ/Hyｂriｄ，Typｅ中选择TＧrid,Spａcｉng用Inｔeｒvaｌsｉze设定10,如图５．6所示。图５。6ＴBＳ网格划分（左为入料管，右为底流管及分布器)Ｆｉgure5．6ＴBSmesh(lefｔfｅｅdingｔｕbe，righｔtｏthｅendoｆｔheflowtｕbeａndthedｉsｔriｂutor)入料口，及顶水入口设定为速度入口velocｉtｙinlet：速度入口边界条件用于定义流动速度以及流动入口的流动属性相关标量.Ｖelｏｃityspｅｃifiｃationｍｅthoｄ设置定义进口速度方式为ｍaｇnitudｅ,normａltｏbｏuｎｄａｒy指定速度大小，方向垂直于边界。入料速度设定为0。１m/ｓ，顶水入口速度由上升水流量除以两个入口的横截面积计算得到,根据实验结果，取为分选效果较好的0.5ｍ/s.底流口和筒体上部敞开面设定为出流ｏutｆｌow：出流边界条件用于定义在求解前流速和压力未知的出口边界，使用于出口处的流动是完全发展的情况,需设定该出流边界上流体的流出量占总流出量的百分比。入料管插入筒体管口和底流管在分布板的管口设定为内部界面inteｒｆace：内部界面边界条件用于分隔两个区域,便于在两个区域划分不同网格.5.２．３数值模拟流程求解器和运行环境：在FLUENT载入网格后,在tｉmｅ选项中选择不定常流ｕｎsteaｄｙ，其他则保持默认选项.运行环境方面选择考虑重力作用.多相流模型：选用最适合模拟流化床的Ｅurleriａｎ模型，设定相数为2，主要相为液态水，次要相为空气.粘性模型：选用SｔandaｒdＫ—eqｓiｌoｎ（２eqn)模型，由于壁面作用会对TBＳ内上升水流有较大影响,在Neaｒ—WａｌlTｒeatmenｔ上勾选ＳｔandａｒdＷallFunctions，在K—eｑsｉｌonMuｌtｉｐhaｓｅModel上选择混合模型Ｍixtｕre.计算残差图：虽然其中eqsiｌｏｎ有较大范围的震动，但基本上已降至１0—3、１０-4数量级。共计算5８00步，即流场运动３0秒。图5．７TＢＳ模型计算残差Ｆigure5．7TBSmｏdeｌreｓｉｄuａlｓ5。3计算机模拟结果从TBＳ分选过程和原理及模拟结果来看,整个筒体自分布板到顶部溢流堰可被分为五部分：1。顶水层，上升水流从分布板加速向上运动.流场特点是在喷孔上方为向上的锥形流，顶水由喷孔处的细长水流逐渐变为遍布横截面的层状水流；同时在细长流之间则存在着大量的横方向运动的涡流.２。干扰层,上升水流与入料的下沉流混合。流场在此处大范围上下波动，同时拥有整个筒体的最大上升和下降流速。3沉降层，入料在上升水流中自由沉降.此处流场与干扰层的不同之处在于流场波动范围较小,厚度也较薄;同时与干扰层的流场流动方向相反，即在其下部的干扰层若为向下,则此处沉降层为向上。4入料层，在入料管下方,流场向下运动，而外围则在上升水流的带动下向上运动；两个区域之间没有清晰的界限,部分入料在此层便随上升水流向上进入溢流.５.溢流层，此层存在于入料管外围，呈环状.溢流从此层向外溢出,进入溢流堰。特别的，在入料管壁处要比外层的向上速度大,溢流先在内层到达顶部，再向外圈移动,最终流出筒体。干扰床分选机截面,即Ｘ=０，Ｙ＝0两个面的轴向速度如图5。8所示。图右方标尺所示0ｍｍ处为分布板,０mm-２00mｍ段为顶水仓，上升水自Ｘ＝０图底部两边突起位置进入顶水仓中，设定速度为0．5m/s；顶水仓中部亮蓝色区域为底流管,底流由此以Z轴正方向流出。TBＳ上部－100０mm-0mm段为筒体部分,顶部为入料管，插入深度１０0mm，至图中－９00mｍ位置。由于自分布板进入筒体的上升水流无法保持完全均匀，导致筒体内流场也并不均匀.由图５.8可知A.在喷孔较密集的区域呈紫红色，即流场速度垂直向上；在喷孔较稀疏的区域呈亮蓝色,即流场速度垂直向下。同时，此种区域分块特点在整个筒体上也呈两段分布,其分界线在-600ｍm至—400mm段。B.筒体大部分呈淡蓝色，即在筒体的中流场基本是以0.05ｍ/s的速度向上运动，但在近壁区域则有较大的上升或下沉速度。入料管壁附近较外圈颜色深,说明从内向外，垂直向上速度降低。X=0,Ｙ=0两个面的径向速度如图５.９所示。在分布板之上有一层为粉红色，表示在喷孔的射流之外存在横向的涡流。在此之上，从Ｙ=0面可以清晰看到三段存在较大横向速度,分别对照干扰层，沉降层，入料层。而与之对应的X=０面上则没有明显的界限，说明层与层之间并不是以横截面分界。在入料管口附近明显存在短路流，直接进入溢流。在此模型中，根据横截面上的速度矢量，可以划分以上五个部分.顶水层—１０即分布板到-40ｍｍ;干扰层-4０mm到-600ｍm；沉降层-６0０mｍ到-８00ｍm;入料层－80０mm到—900mm即入料口；溢流层-９０0mｍ到顶端。层与层之间并不存在明显的边界，而是一个过渡区,随着流场的运动而增厚或变薄，同时层也处在动态平衡之中。图５。８X＝0（左），Ｙ＝0（右)两个截面轴向速度云图Figuｒｅ５．8X＝0（left）,Y=0(rｉｇｈｔ)Twosｅctionsoｆａｘiaｌvelocitｙcloud图５．９X=0(右），Ｙ=0（左)两个截面径向速度云图Ｆiguｒe5．9X=0（rｉght）,Ｙ=0（lｅｆt）Ｔwoｓectioｎsofｒadiaｌｖeloｃｉｔｙcloud图5。10横截面速度矢量图Fiｇure5。１０ｃrｏsｓ－ｓecｔionｏfvelocｉtyveｃtor（A左上Z＝—1０;B右上Z＝—40；C左下Z=-３00；Ｄ下中Z=—810;E右下Z＝-９50）(AleftZ=－10；BuppｅｒrightZ=－4０；CｌｅftZ＝－３0０;DundｅrｔheZ=-810；ＥｒightlowerZ=-９５０)图5.10为多个横截面的速度矢量图。Ａ。为顶水自分布板加速后的速度矢量图，可以清楚的看到其中喷孔处的细长流，同时在细长流低端有横向速度较大的湍流涡旋。Ｂ。为模拟所得到的顶水层和干扰层的过度面,仍可分辨出喷孔细长流的所在位置,但整个截面的流场已经处于基本均匀的状态.Ｃ．Z＝－３00面处于干扰层内,图中有明显的上升和下沉速度矢量线。D．Z=—810面处于入料层内，图中速度矢量线较C图短，同时D面的速度基本均为向下，说明入料层内入料以较小的速度竖直向下进入.E．Ｚ=—９5０处中间位置是入料管，可以看到中间有一圈较长的矢量线,说明在溢流层内圈流场更快到达顶端。分别在分布板上喷孔位置取点,通过这些点做垂线,在FLUＥNT中绘制截线图。以上七个点的坐标如下：1（0，８0．5),2（0，41。5)，３(0，22．0)，４（20。9,6。８）,５（—２４.4，－3３。６），６（-6０.7，6.４），7（２４。9，-77.4)，如图５．11所示.以１、2、3及中心轴线,做轴向和径向速度图5。12、５。１３；以4、5、６及7,做轴向和径向速度图5．14、５。15。由图可知，A．在以上７个点的位置喷孔外速度在０．4m/s到0。８ｍ／s之间,在－50处降至0．1m/s.B．所有位置在-500到－５０之间都有较大范围振荡,再—50０到-8０0段有较小速度.C。从入料口即－90０处0。1ｍ/ｓ到－800处，在上升流的作用下一部分转为向上，进入溢流.从径向速度图能得到相似的分层结论。图5．11分布板参数（左）和取点（右)Ｆigure5．11Distｒibutｉonboaｒdparａmetｅrs（ｌeｆt）aｎdtakeｐoiｎtｓ(right)图５。121、2、3及轴线轴向速度图Figuｒe5.12１，2,3andtｈeaｘisoftｈeａｘｉａlvｅlociｔy图５．131、2、3及轴线径向速度图Ｆiｇurｅ５。131,2，３anｄｔhｅaxｉsofthｅｒadialvelocitｙ图5。144、5、6及７轴向速度图Ｆigure５。144,５，６anｄ7ｏfｔｈeaxｉalvｅｌocity图5.15４、５、６及7径向速度图Ｆｉgｕre5．1５4，５，6and7oftherａｄialｖelocｉtｙ图５.１650孔分布器内轴向速度云图Figurｅ5．１650holeaxｉalvelocｉtyｉnsｉdｅthｅporｅsｉzedｉstｒiｂuｔiｏnｇraｐｈ根据自顶水管至分布板的流场分析,可知在此区域内的流场基本上是混乱的。对于50孔分布板,从轴向速度图5.16来看，沿底流管壁向外轴向速度逐渐减小,即图中深色区域至浅色区域，但并非完全合乎规律。在分布板上过底流口圆心分别作五条贯穿喷孔的直线，过直线绘制轴向速度曲线,如图5。１7所示，其中顶水入口在Ｙ轴上。由于此分布板设计并非完全对称,在第一、三圈上的喷孔个数为奇数，导致图在Ｙ轴正负两侧径向速度有较大差异，在某些孔上甚至出现突变（如蓝色线上ｅ点处的2个速度达到０.４ｍ／s）。虽然云图所示距底流管较近的喷孔顶水未到分布板时有较大的径向速度,但从实际曲线图5.18来看,此规律并不明显.喷孔径向速度整体上在０。２m/s左右.图5.1750孔做轴向速度曲线所取直线Figure5。１750ｈoｌｅsｔｏdoastｒaightｌineａｘｉａｌveｌocitycurvesobtaｉｎｅd图５．1850孔所取各直线的径向速度图Fiｇuｒｅ5．１８ｔhｅｒaｄｉａlveｌｏｃitymａpofｔｈeｌinｅtakｅnｆrom５0hoｌes5．4模拟结果分析5．4．1筒体高度及入料管参数模拟结果分析上文中所述五个层都对TBS的分选效果有着或多或少的影响,而主要决定这五个层厚度的因素在于:TBＳ筒体高度,入料管插入深度和直径,入料方式和分布器结构。对筒体高度400mm,入料管直径40mm,插入深度50mm的干扰床分选机进行模拟，结果如下。图5.1９、图５．２0分别为其截面轴向、径向速度云图。与上文中的1000mmTBＳ比较,所划分的五层中干扰层、入料层厚度都被压缩,而沉降层几乎消失，但对于顶水层和溢流层而言,TBS筒体高度则不是其重要的影响因素.从横截面速度矢量图可知，顶水层从-10ｍｍ至—４０mm处,几乎没有变化；而溢流层则是固定的从入料管管口口处至顶端。由轴向速度图可知，对照上浮、下沉速度最大的区域为干扰层的观点,当筒体高度为40０mm时，干扰层为自—4０mｍ至—250mｍ处.最后在—250mm至入料管管口即—３50mｍ处为原沉降层和入料层,由于筒体过低,这两个层之间几乎不存在分界。从径向速度图可以得到入料管口处径向速度较大的区域延伸至—30０ｍｍ处，而在此区域内并不存在横截面径向速度均匀且较小的过渡段,可以认为入料在与上升水流相遇后，以入料内侧上升水流外侧的状态直接进入干扰层。由1000mm和400ｍｍ两个数值模拟结果及TBS内分选过程五个层地划分可知筒体高度,入料管直径等结构因素对ＴＢＳ分选效果的影响如下：顶水层厚度较薄，在筒体高度为1０0０ｍm和４００mｍ时，均为30mm，因此筒体高度对其基本上没有影响。顶水层自流体从喷孔中射出的位置为始,至横截面上流场速度均匀稳定为止,因此它的厚度主要由分布器决定(详见下节)。干扰层厚度在ＴBＳ筒体内占巨大部分高度,即使在筒体高度只有4０0mm的极限状况下，图５。１94０0mm高TＢS截面轴向速度云图Ｆiｇｕｒe5.１９Ａxiａｌｖelｏcityclｏudoftｈeｃrosｓ-sectｉonof400ｍmhigｈTBＳ图5。２0４０0mm高ＴBS截面径向速度云图Fiｇure5.2０Raｄiａlvｅｌocityｃlouｄoftｈecrｏss-sectｉonof４0０mｍｈiｇhＴBＳ干扰层依然有20０mｍ以上的厚度；同时干扰层也是TBＳ筒体中分选作用最主要的执行段。对于干扰层的厚度而言，过厚则会导致进行干扰沉降的颗粒降花费更多时间穿越干扰层，而且在此进程中颗粒受到的阻力也会增加，从而使得床层密度的大幅增加,降低分选效率。床层密度的增加将使得溢流的产率增加,灰分升高.沉降层的作用在于,在入料进入干扰层分选前,先对入料中易选出的精矿部分提前回收,在自由沉降阶段进入溢流.从模拟结果来看,沉降层在TBＳ中所占高度比重较低,并且极易因筒体高度的下降而变薄,甚至消失。因此,TBS筒体过高将使得本层厚度增大，但并不会导致分选有较大变化，只是延长了颗粒在床层中的运动时间.但是筒体若过低,则会使颗粒在没有自由沉降的分选过程下直接进入干扰沉降阶段,增大干扰层地分选压力，降低分选效果,增加错配率。入料层是入料和上升水流分区，相对运动阶段,自入料管管口开始到入料在筒体横截面上均匀分布,即横截面上流体上升速度均匀且较小结束。显然当入料越快达到均匀分布于横截面越有利于分选作用,同时在入料层上升流与入料流边界因相对运动速度较大易形成错配，即边缘的重颗粒随上升流直接进入溢流。上文中１000ｍm高ＴBS的入料层为１00mm；在４００ｍm高TBS中入料层与沉降层一共为10０mｍ,但需要注意的是其中沉降层已基本不复存在，因此可以说入料层的厚度与筒体高度关系不大，主要是由入料速度和入料方式所决定.针对入料方式而言，在本实验设备中所使用的是垂直自缓冲仓向下无压给料.虽然轴向速度较低，但无径向速度同样会使入料流均匀分布速度减缓.而在实际生产中，为旋流器切向入料。此种入料方式的优点如下：（1)使入料具有离心力的作用，即流场中增加切向速度。在离心力的作用下，入料颗粒在沉降运动的同时按密度和粒度分层，优化分选效果。(2)入料流在进入入料层时，与上升流相接触的外层为受离心力较大的重颗粒,同时拥有较大的径向和切向速度，不易形成错配而且能更快在横截面上均匀分布。（3）切向入料,入料的轴向速度并不大,更能减低入料层的厚度。溢流层是以被分选出的精矿随上升水流溢出TBＳ的阶段,其厚度是固定的从入料管管口至TBS最顶端，因此其主要决定因素为入料管插入深度。同时,如果入料管插入过深,因入料层厚度一定,则会占据沉降层甚至是干扰层的厚度。如果溢流层过厚，会使得上浮的溢流颗粒需要更长的时间溢出，增加难选颗粒重新进入沉降层的几率;而如果溢流层过薄，在入料管管口或入料层直接进入溢流的错配物更易直接溢出,使灰分增加。溢流层的特殊之处在于它不只有厚度一个参量,还有因入料管直径而变化的圆环厚度(内外半径之差)。在以上模拟及实验观察中可知，溢流中颗粒主要由筒体中心处溢出，即中心处的轴向速度最大。上浮的颗粒需要经过圆环厚度的距离才能真正溢出,如果此距离过远即入料管直径过小,则已分选出的颗粒更易重新回到分选区，增大分选区（沉降层，干扰层）的压力，同时入料管直径过小也会增大入料流均匀分布的难度；如果圆环厚度过小，则溢流更难溢出.5．4.2不同筒体高度实验结果入料原煤灰分１4．５8%,粒度取在TＢS分选效果最好的０.2５mm-１mｍ，下为原煤灰分小浮沉实验结果及可选性曲线。分别在筒体高度400mｍ，60０mm,800mｍ,1000ｍｍ下改变上升水流速为２0mｍ／s，2５ｍm/s，30ｍm/s,３5mm／s。实验结果如表5。１图５．2１所示。对上述煤样进行不同筒体高度，不同上升水流量的TBS实验,分析其溢流精煤灰分和产率如下图5。2２、5。２３所示.图中示例为上升水流量:20L/s、25Ｌ/s、３0L/ｓ、35L/s。图中可见：A。除水流量在20Ｌ/ｓ曲线外，其他曲线规律相同,因此水流量是ＴBＳ控制溢流精煤灰分和产率的重要操作参数。Ｂ．TＢS过低4０mm时,水流量因素的影响最大;而在１000ｍｍ处,精煤灰分几乎相同,说明在TBＳ较高时，流量的变化对精煤灰分的影响较小。对于产率而言,图中所示在４0０mｍ至60mm之间精煤产率随水流量变化较大；8０0mm至１000mm之间水流量变化对精煤灰分影响较小。C。精煤灰分和产率随TBS高度的变化曲线为一元三次方程形式,即在正常高度范围内存在灰分和产率的最低值和最高值。表5.1入料原煤小浮沉综合表Tａble５．１fｅedcoａlcｏmprｅhensiveｌistｏfsmａlｌｕpｓanｄdｏwnｓ密度级（g/cm3）产率(％)灰分（%）浮物累计沉物累计产率(％)灰分（%）产率（％)灰分（%)〈1。30１8。173.９8１4。１73.98100．００14．581。３０—1．４028。3８6．６2４2．５55．7481。8３1６。９３1。4０-1。5032．６５11.26７５。208。１４5３.４522．411.50—1.608.4２２１．8083。629。5１20。803９.921。６0-１.８5。0５34.７8８8.6７10。９512。３8５2.24>1。８７。３３６４.２79６．0０1５．０2７.3３６４。2７合计10０．０014.58图5。21入料原煤可选性曲线Figurｅ５.8feｅdｃoalwashaｂilｉtycurｖe图5.22在不同上升水流量下精煤灰分和ＴBＳ高度的关系Figure5。22TｈeｒelaｔｉｏnｓhｉpｂetweeｎｈiｇhdeｇreｅｏfＴBSanｄｃｏalashiｎｄiｆｆｅrentｆloｗ－watｅｒraｔｅs图5。22、５.23证实了数值模拟结果中对TBS分选过程五层的划分，由于干扰层和沉降层的存在使得精煤灰分和产量并没有按设想中出现单一下降的规律。根据对40０mｍ高ＴBS的模拟可知,在此高度上，TBS内不存在五层中的沉降层,即入料颗粒在进入筒体后直接与干扰层相遇，大多数颗粒随之上浮，因此溢流中精煤灰分较大.在TＢS高度在４0０mm以上时，沉降层逐渐形成,厚度增加，本来进入干扰层直接上浮的大密度颗粒在沉降层的作用下，将不再会进入溢流。随着TBS高度从６00mm继续增加,沉降层的厚度一定，而干扰层的厚度增加,受其作用，本来被约束在沉降层之下的颗粒拥有更大的向上速度，又可以进入溢流,使溢流精煤灰分上升。TＢS高度升至8０0ｍm以后，在筒体的上升水流速成为影响溢流灰分的主要因素，由于筒体过高，入料需要更长时间在横截面上均匀分布(入料层厚度增加),可被上升水流带入溢流的颗粒密度和粒度将大大减小,因此溢流精煤灰分也降低.图5。２3在不同上升水流量下精煤产率和TBS高度的关系Fｉｇｕre5．2２ThｅrelatｉoｎｓｈｉpbeｔweeｎhigｈdeｇreeｏfTBＳaｎdcｏalｙiｅldiｎdiffｅreｎtflow—waｔerｒates５．4．3分布器模拟结果分析对于顶水层，主要由分布板的结构来控制。顶水层与干扰层的分界在于横截面上流场的速度均匀分布。从理论上讲应至少存在一个近壁处轴线速度较小,而中心处具有整体向上速度的面；而实际ＴＢS工作过程中不会有如此明显的分界。显然顶水层越薄，即流场越快达到均匀分布状态，越有利于分选过程;同时还需要保证达到平均分布时,横截面上的轴向速度足够对入料进行分选，获得一定灰分值的精煤.图5.245０孔轴向速度分布图Figuｒｅ５．2４Distrｉbutionofａxiａｌveｌocityof５０ｈｏles图5．2５40孔轴向速度分布图Fｉｇurｅ5．2５Ｄｉstｒibutｉonｏfaxiａｌｖｅlｏcｉtyｏｆ4０ｈoｌeｓ图５．２4和5。25分别为分布板喷孔为50、40个的结构下,顶水从喷孔中射出时的轴向速度分布图。根据统计,明显可以得到当分布板上喷孔越少时，从单个喷孔射出的轴向速度越大;但对于整个横截面而言，喷孔越多，平均轴向速度越大。图５。26、５。２７、5.28所示为在不同横截面上的轴向分布。在Ｚ=-30图上可见50孔图上原本相互孤立的喷孔处速度区域已经连成一片,流场向着均匀分布转变；而40孔图上仍可以清晰分辨各个喷孔的位置。Z=-４0图中５0孔图上各相同轴向速度的区域相连,形成环状的带,同时分别在两个近壁位置开始有更大的上浮、下沉速度；而孔40图所显示的运动状态基本与孔50在Z=—３0时相同，图中拥有相同速度的流场区域还相当孤立。Ｚ=－５０时孔50图表明流场已进入干扰层，其上轴向速度在正向、负向均较大;而孔４０图表明，在孔数减少10个的情况下，顶水层要比孔5０时厚10ｍm,流场更晚达到均匀状态。当然并非分布板上喷孔越多，流场越快达到均匀。从５。3节中所分析各个喷孔外的速度来看，由于顶水管入口分布两端,同时中间存在底流管,使得正对顶水管口和距其较近的喷孔所拥有的轴向速度比其他处喷孔更大;而且随着时间的变化会偶尔出现不规则的速度大幅度变化。因此如果分布板上喷孔设置过多会使得轴向速度变化更大,更不易均匀化。图５.2６孔