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水力旋流器作为一种高效的分级分选设备,已经广泛应用于各种工业领域。为了实现一次分级得到多种粒级组成的产品,本文设计了一种多产品旋流器,并对其进行了数值模拟和性能试验研究。 新型多产品旋流器采用母子两级旋流器直接串联模式,通过母旋流器的内外两个溢流管,将物料分为三种产品,其中外旋流物料依靠剩余压力直接进入子旋流器再次进行精细分级,从而得到四种粒级的产品。设计母旋流器直径为50mm,子旋流器直径为25mm。为了探索多产品旋流器最佳结构和操作参数,分别对底流口直径、内溢流管直径、内溢流管插入深度、操作压力、给料浓度等五种因素设计五个变化水平。 内溢流管、底流口等结构参数直接影响分股比和分级效率,为探明结构参数对多产品旋流器内部流场的影响,采用雷诺应力模型进行了单相流场的数值模拟,结果表明:内部压力呈对称分布。随内溢流管直径增大,压力升高、切向速度先减小后增大、轴向速度降低;随内溢流管插入深度增加,内部压力、切向轴向速度均降低;径向速度相对于切向速度、轴向速度其值较小,且分布较为特殊。 内部压力、速度分布直接影响旋流器分离性能。通过清水试验得出:压力增加、内溢流管直径增加、插入深度减小均导致分股比减小、处理量增加;但随底流口直径增大处理量有较大幅度提高,这与传统观点底流口直径对处理量影响不大相悖,可能由于子旋流器形成较大背压所致;采用细粒级铁尾矿进行试验,探讨了结构参数、操作参数、物性参数对分离性能的影响:压力增大、底流口直径减小均可使分离效率、底流浓度提高。但随内溢流管插入深度增加底流浓度、分离效率呈先增大后减小的趋势;入料浓度增加,分离效率降低。 根据试验结果,得到了优化的参数:底流口Φ6mm,内溢流管Φ10mm,内溢流管插入深度75mm,入料浓度8%-10%,操作压力0.2MPa,可以为工业试验提供参考。