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微泡發生器流體動力學機理及其仿真與應用

微泡發生器流體動力學機理及其仿真與應用

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9789577354686
李浙昆
崧燁文化
2018年9月28日
200.00  元
HK$ 180
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ISBN:9789577354686
  • 叢書系列:崧燁-一般叢書
  • 規格:平裝 / 364頁 / 17 x 23 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣
    崧燁-一般叢書


  • 自然科普 > 物理/化學 > 物理/化學應用











      本書是作者十餘年來對微泡發生器的研究與開發、對流體動力學研究的總結。內容主要分為三個部分。



      第一部分:以射流式微泡發生器為例,研究了微泡發生器流體動力學機理、微泡生成機理及射流微泡發生器、微泡生成三相流力學機理、基於CFD的數值模擬分析、浮選柱數學模型及微泡礦化機理。第二部分:應用實例研究,研究了射流式微泡發生器、旋流式微泡發生器、混流式微泡發生器、自吸式剪切流微孔微泡發生器等流體型微泡發生器的性能,研發了微泡發生器性能分析評價系統。第三部分:採用電導法檢測液位、泡沫層厚度的研究,研發了檢測液位、泡沫層及其傳感器,設計了檢測裝置。



      書中包含作者多年的研究經驗和研究成果,可以作為研究生和大學生的學習參考,也可以作為科研人員、工程技術人員從事微泡發生器開發、微泡浮選、微細粒物質分離等應用的參考。

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    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

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    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

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    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

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    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

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    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

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    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

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    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

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    第十三章總結與展望/ 321

    13. 1研究成果/ 321

    13. 2展望/ 323

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    參考文獻/ 324

    總結與展望/ 335

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      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。




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