第一部分微泡發生器流體動力學機理研究———以射流式微泡發生器為例

第一章緒論/ ３

１. １資源問題/ ３

１. １. １資源危機/ ３

１. １. ２中國的資源消耗/ ５

１. １. ３中國礦產資源的特點及面臨的任務/ ７

１. ２浮選概述/ ８

１. ２. １浮選發展簡況/ ８

１. ２. ２微泡浮選的發展應用簡況/ ９

１. ３微泡浮選關鍵技術分析/ １２

１. ３. １微泡發生器/ １２

１. ３. ２微泡發生器研究近況/ １３

１. ４選題及研究內容/ １５

１. ４. １選題背景/ １５

１. ４. ２研究意義/ １７

１. ４. ３研究內容/ １７

?

第二章微泡生成機理及射流微泡發生器的研究/ １９

２. １射流式微泡發生器工作原理/ １９

２. ２微泡生成力學機理研究/ ２１

２. ２. １氣核作用/ ２１

２. ２. ２機理分析/ ２２

２. ２. ２. １微泡析出機理/ ２２

２. ２. ２. ２吸氣生成微泡機理/ ２４

２. ２. ２. ３孔板及擴散管的作用/ ２８

２. ３微泡生成的尺寸與分散/ ２９

２. ３. １微泡的尺寸/ ２９

２. ３. １. １析出微泡的尺寸/ ３０

２. ３. １. ２孔板對微泡尺寸的影響/ ３１

２. ３. １. ３射流生成微泡的尺寸/ ３１

２. ３. ２氣泡的分散/ ３２

２. ４微泡生成過程及力學分析/ ３３

２. ４. １力學分析/ ３３

２. ４. ２微泡生成過程分析/ ３８

２. ４. ２. １氣泡破碎機理分析/ ３８

２. ４. ２. ２氣泡兼併作用分析/ ４４

２. ４. ２. ３氣泡的結群/ ４５

２. ４. ２. ４氣泡在礦漿中的運動/ ４６

２. ４. ３礦粒對微泡生成的作用/ ４６

２. ５微泡發生器結構分析/ ４７

２. ５. １噴嘴/ ４８

２. ５. ２吸氣室及進氣管/ ４９

２. ５. ３混合室/ ４９

２. ５. ４孔板/ ５０

２. ５. ５喉管/ ５０

２. ５. ６擴散管/ ５１

２. ６微泡發生器充氣性能分析/ ５２

２. ６. １充氣量/ ５２

２. ６. １. １射流速度對充氣量的影響/ ５２

２. ６. １. ２微泡發生器的結構對充氣量的影響/ ５３

２. ６. ２氣泡分散度/ ５４

２. ６. ３氣泡分佈/ ５５

２. ６. ４含氣率/ ５５

２. ７本章總結/ ５７

?

第三章微泡生成三相流力學機理研究/ ５８

３. １流體力學發展概述/ ５８

３. ２多相流研究概述/ ５９

３. ２. １研究概況/ ６０

３. ２. ２顆粒軌道模型/ ６２

３. ２. ３歐拉多相模型/ ６４

３. ２. ４雙流體模型/ ６４

３. ２. ４. １雙流體模型及其發展/ ６４

３. ２. ４. ２歐拉及拉格朗日觀點比較和雙流體模型通式/６６

３. ２. ５氣、固、液三流體模型/ ６７

３. ２. ６紊流模型/ ６８

３. ３微泡發生器內三相流流動分析/ ６９

３. ３. １紊流流動/ ６９

３. ３. ２射流傳質/ ７０

３. ３. ３相間耦合/ ７０

３. ３. ３. １氣液相間的動量傳遞/ ７１

３. ３. ３. ２氣固、液固相間的動量傳遞/ ７３

３. ３. ３. ３相間湍流相互作用/ ７３

３. ３. ３. ４相內作用/ ７３

３. ３. ４物理模型分析/ ７４

３. ４三相流混合模型的建立/ ７５

３. ４. １瞬態方程組/ ７６

３. ４. ２時均方程組/ ７８

３. ４. ３湍流封閉模型/ ８０

３. ５常數及符號/ ８４

３. ６本章小結/ ８５

?

第四章基於ＣＦＤ 的數值模擬分析/ ８７

４. １ＣＦＤ 概述及ＦＬＵＥＮＴ 軟件/ ８８

４. １. １ＣＦＤ 的發展概況/ ８８

４. １. ２ＣＦＤ 數值模擬方法及主要流程/ ８８

４. １. ３ＦＬＵＥＮＴ 軟件簡述/ ９０

４. ２微泡發生器中的兩相流數值模擬/ ９１

４. ２. １計算域及數值計算模型/ ９１

４. ２. ２邊界條件及基本參數/ ９２

４. ２. ３數值模擬結果分析/ ９３

４. ３微泡發生器中的三相流數值模擬/ ９８

４. ３. １微泡發生器總體結構/ ９８

４. ３. ２數值計算邊界條件/ ９９

４. ３. ３三相流的基本參數/ ９９

４. ３. ４計算域、控製方程和計算方法/ ９９

４. ３. ５仿真模擬與計算分析/ １００

４. ３. ５. １噴嘴處礦漿噴射速度的仿真模擬與計算分析/１００

４. ３. ５. ２速度分佈/ １０１

４. ３. ５. ３壓力分佈/ １０７

４. ３. ５. ４湍動能分佈/ １１０

４. ３. ５. ５各相份額及分佈/ １１１

４. ４本章總結/ １１３

?

第五章浮選柱數學模型及微泡礦化機理研究/ １１４

５. １浮選速率方程/ １１４

５. ２浮選柱內礦粒的滯留時間/ １１５

５. ３微泡礦化力學機理研究/ １１５

５. ３. １單個礦粒與單微泡的附著/ １１６

５. ３. ２礦粒群與單微泡的附著/ １１８

５. ３. ３單層附著/ １１８

５. ３. ４多層附著/ １２０

５. ４礦化微泡的特性/ １２３

５. ４. １礦化微泡等速方程/ １２３

５. ４. ２空氣與礦漿的流速比/ １２３

５. ４. ３礦化微泡密度/ １２４

５. ４. ４礦化微泡直徑/ １２５

５. ５微泡礦化的影響因素/ １２６

５. ５. １礦粒疏水性對微泡礦化的影響/ １２６

５. ５. ２微泡直徑對微泡礦化的影響/ １２６

５. ５. ３礦粒粒度對微泡礦化的影響/ １２７

５. ６本章小結/ １２７

?

第二部分應用實例

第六章射流式微泡發生器性能實驗研究/ １３１

６. １實驗裝置/ １３１

６. ２設計特點/ １３３

６. ３實驗結果分析/ １３３

６. ３. １工藝參數的實驗研究/ １３３

６. ３. １. １介質流量及其壓力的影響/ １３４

６. ３. １. ２背壓的影響/ １３６

６. ３. １. ３進氣量的影響/ １３７

６. ３. １. ４充氣壓力的影響/ １３８

６. ３. ２結構參數的實驗研究/ １３９

６. ３. ２. １噴嘴到喉管入口間距的影響/ １３９

６. ３. ２. ２喉管結構形式及長徑比的影響/ １４２

６. ３. ２. ３孔板(或篩網) 的影響/ １４３

６. ３. ２. ４擴散管接入方式的影響/ １４４

６. ４本章總結/ １４６

?

第七章旋流式微泡發生器/ １４７

７. １旋流式微泡發生器的設計與仿真/ １４７

７. １. １旋流式微泡發生器的工作原理/ １４７

７. １. ２旋流式微泡發生器的主要參數/ １４８

７. １. ２. １入水口直徑/ １４８

７. １. ２. ２內腔直徑/ １４９

７. １. ２. ３空氣吸口直徑/ １４９

７. １. ２. ４混合物出口直徑/ １４９

７. １. ３旋流式微泡發生器的三維仿真分析/ １４９

７. １. ３. １旋流式微泡發生器的三維建模/ １５０

７. １. ３. ２旋流式微泡發生器的仿真參數設定/ １５０

７. １. ３. ３反應流場特性的幾個主要參數/ １５１

７. １. ３. ４旋流自吸式微泡發生器內腔直徑的參數設計/１５２

７.１.３.５旋流自吸式微泡發生器空氣吸口直徑的參數設計/１５７

?７.１.３.６旋流自吸式微泡發生器混合物出口直徑的參數設計/１６１

７. １. ３. ７最終模型確定/ １６３

７. １. ３. ８仿真小結/ １６３

７. ２旋流式微泡發生器的實驗研究/ １６４

７. ２. １旋流式微泡發生器的實物加工/ １６４

７. ２. ２實驗原理與裝置/ １６６

７. ２. ３微泡尺寸與工況參數的關係/ １６７

７. ２. ４實驗小結/ １７２

?

第八章混流式微泡發生器的性能研究/ １７３

８. １混流式微泡發生器的設計與仿真/ １７３

８. １. １混流式微泡發生器的基本結構/ １７３

８. １. ２混流式微泡發生器的工作原理/ １７５

８. １. ２. １基本性能方程/ １７５

８. １. ２. ２充氣性能方程/ １７８

８. １. ３混流式微泡發生器基本性能的評價方法/ １８０

８. １. ３. １混流式微泡發生器內部流場流型/ １８０

８. １. ３. ２微泡尺寸計算與測試/ １８３

８. ２混流式微泡發生器內流場數值模擬/ １８６

８. ２. １微泡發生器內部三相流場仿真研究/ １８６

８. ２. ２仿真結果分析/ １８７

８. ２. ２. １噴嘴性能分析與評價/ １８７

８. ２. ２. ２喉管性能分析與評價/ １９４

８. ２. ２. ３擴散管性能分析與評價/ ２００

８. ２. ２. ４浮選柱高度對微泡發生器性能的影響/ ２０３

８. ２. ３仿真小結/ ２０４

?

第九章自吸式剪切流微孔微泡發生器的研究/ ２０５

９. １影響微孔成泡的因素/ ２０５

９. １. １孔口特性的影響/ ２０５

９. １. ２氣室體積的影響/ ２０６

９. １. ３浸沒深度的影響/ ２０７

９. １. ４液體的表面張力和氣孔的潤濕性的影響/ ２０７

９. １. ５液體粘度的影響/ ２０８

９. １. ６液體密度的影響/ ２０８

９. １. ７氣體流率的影響/ ２０９

９. １. ８連續相速度的影響/ ２１０

９. ２在剪切流下的小孔成泡/ ２１１

９. ２. １單個成泡/ ２１１

９. ２. ２脈動成泡/ ２１２

９. ２. ３噴射成泡/ ２１２

９. ２. ４氣穴成泡/ ２１３

９. ３文丘里管/ ２１３

９. ４多孔材料/ ２１５

９. ４. １有機泡沫浸漬法/ ２１５

９. ４. ２發泡法/ ２１６

９. ４. ３添加造孔劑法/ ２１６

９. ５自吸式剪切流微孔微泡發生器的仿真分析/ ２１７

９. ５. １文丘里式－多孔介質微泡發生器的結構研究/ ２１８

９. ５. ２使用ＦＬＵＥＮＴ 對自吸式剪切流微孔微泡發生器的選優設計/ ２１８

９. ５. ２. １已知數據/ ２１８

９. ５. ２. ２模型簡化/ ２１９

９. ５. ２. ３數值模擬參數設置/ ２１９

９. ５. ２. ４入口半錐角α 的優化/ ２２０

９. ５. ２. ５出口半錐角對β 的優化/ ２２３

９. ５. ２. ６喉管長度ｌ 的確定/ ２２７

９.５.２.７陶瓷微孔膜管內徑ｄ 對微泡發生器性能的影響/２３０

９. ５. ２. ８氣室空氣入口數量的確定/ ２３２

９. ５. ２. ９最終使用模型的確定/ ２３３

９. ５. ３仿真小結/ ２３４

９. ６自吸式剪切流微孔微泡發生器的實驗研究/ ２３５

９. ６. １實驗裝置/ ２３５

９. ６. ２自吸狀態下水流速度與微泡大小和含氣率之間的關係/ ２?

９. ６. ３氣流率和剪切流速度對微泡粒徑的影響/ ２３７

９. ６. ４實驗小結/ ２３８

?

第十章微泡發生器性能分析評價系統研發/ ２３９

１０. １系統概述/ ２３９

１０. １. １系統開發相關工具/ ２３９

１０. １. ２系統總體結構/ ２４１

１０. ２參數化建模及網格劃分模塊/ ２４１

１０. ２. １微泡發生器結構的參數化/ ２４２

１０. ２. ２模塊實現方法/ ２４４

１０. ２. ３參數化建模及網格劃分模塊開發/ ２４７

１０. ３分析求解及操作參數離散化模塊/ ２５１

１０. ３. １模塊實現方法/ ２５１

１０. ３. ２求解模塊開發/ ２５３

１０. ３. ３操作參數離散化開發/ ２５６

１０. ４性能評價模塊開發/ ２５７

１０. ４. １模塊實現方法/ ２５７

１０. ４. ２模塊開發/ ２５８

１０. ５數據管理模塊/ ２５９

１０. ５. １模塊實現方法/ ２５９

１０. ５. ２數據庫設計/ ２５９

１０. ５. ３數據查詢模塊開發/ ２６２

１０. ６性能分析實例/ ２６３

１０. ７研發小結/ ２６４

?

第三部分電導法檢測液位、泡沫層的研究

第十一章檢測液位、泡沫層及其傳感器研究/ ２６８

１１. １泡沫層厚度、液位高度對浮選的影響/ ２６８

１１. １. １泡沫層結構/ ２６８

１１. １. ２泡沫層性質/ ２６９

１１. １. ３液位高度對浮選的影響/ ２７０

１１. ２浮選柱液位檢測方法分析/ ２７１

１１. ３電導式浮選液位傳感器的研究/ ２７４

１１.３. １電導率液位檢測法原理/ ２７５

１１. ３. ２靜態礦漿與礦化泡沫物理特性的研究/ ２７６

１１. ３. ３小型浮選槽試驗/ ２７８

１１. ３. ４試驗結論/ ２８２

１１. ４電導式浮選液位傳感器的設計/ ２８２

１１. ４. １檢測原理/ ２８３

１１. ４. ２電導率液位傳感器結構設計/ ２８３

１１. ４. ３電導率液位傳感器控製電路設計/ ２８５

１１. ４. ４傳感器檢測電路和Ａ/ Ｄ 轉換電路精度測試/ ２８７

１１. ５本章小結/ ２８９

１２ 微泡發生器流體動力學機理及其仿真與應用

?

第十二章檢測裝置設計/ ２９１

１２. １電阻式遠傳壓力表/ ２９２

１２. ２檢測裝置硬件實現/ ２９３

１２. ２. １控製芯片的選擇/ ２９３

１２. ２. ２時鐘電路與復位電路/ ２９４

１２. ２. ３Ａ/ Ｄ 轉換電路/ ２９５

１２. ２. ４串口通信電路/ ２９６

１２. ２. ５鍵盤與顯示電路/ ２９８

１２. ２. ６系統電源/ ２９９

１２. ３檢測軟件設計/ ２９９

１２. ３. １數字濾波/ ３０１

１２. ３. ２檢測系統初始化/ ３０２

１２. ３. ３壓力檢測程序/ ３０３

１２. ３. ４液位傳感器的信號採集及預處理程序/ ３０３

１２. ３. ５液位高度及泡沫層厚度判定程序/ ３０４

１２. ３. ６報警程序/ ３０７

１２. ３. ７串行中斷程序/ ３０８

１２. ３. ８上位機程序設計/ ３０９

１２. ３. ８. １Ｗｉｎｄｏｗｓ 環境下串行通信的實現/ ３

１２. ３. ８. ２上位機監測系統的功能要求/ ３１１

１２. ３. ８. ３上位機程序的實現/ ３１１

１２. ４實際檢測實驗/ ３１２

１２. ４. １工作背壓對微泡發生器性能的影響/ ３１３

１２. ４. ２微泡發生器工作壓力對泡沫層厚度的影響/ ３１５

１２. ４. ３進氣閥開度對泡沫層的影響/ ３１８

１２. ５本章小結/ ３２０

?

第十三章總結與展望/ ３２１

１３. １研究成果/ ３２１

１３. ２展望/ ３２３

?

參考文獻/ ３２４

總結與展望/ ３３５

?

序



　　隨著經濟的增長、人口的增加、工業化和城市化的發展，礦物資源消耗越來越多，人類將面臨資源枯竭的危險，由於礦物資源的不斷被開發利用，品位低、嵌布粒度細、共生礦、組成複雜的難選礦所占比例日益增大。資源高效綜合利用、微細粒礦物選別、再生資源利用、尾礦再選等，已經成為２１世紀人類面臨的重要任務。