[發明專利]一種微泡發生器的開發方法及應用

無效

• 申請號: 200710066450.0
• 申請日: 2007-12-13
• 公開（公告）號: CN101254485A
• 公開（公告）日: 2008-09-03
• 發明（設計）人: 李浙昆;張宗華;謝軍;郭晟;李富玉;何邦貴
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: B03D1/14
• 分類號: B03D1/14;B01F5/02;B01F3/04;G06F17/50
• 代理公司: 昆明正原專利代理有限責任公司
• 代理人: 陳左

技術領域

本發明涉及礦物加工中微泡浮選技術領域，具體涉及到一種微泡發生裝置的開發方法及應用。

背景技術

微泡發生器是產生微泡的重要裝置、是微泡浮選系統中的關鍵部件。在微泡浮選中，其重要關鍵技術之一在于如何獲得尺寸、數量、分布、流型合理的微泡，微泡發生器性能的優劣對整個浮選裝置的浮選效果、浮選速率影響很大，另外，微泡發生器的堵塞也一直是制約微泡浮選技術發展的瓶頸。這些與微泡發生器內流場特性有直接關系。目前，微泡發生器主要采用經驗設計和物理實驗手段設計，存在著設計制造周期長、加工成本高、試驗測試方法繁瑣等缺點，既不經濟也不合理，不適應微泡發生裝置的發展要求。隨著計算機流體力學(Computational?Fluid?Dynamics，簡稱CFD)研究的逐漸成熟和迅速發展，已經有望將CFD技術應用于微泡發生器的設計、分析和結構優化中。目前罕有關于對微泡發生器設計有實際指導意義的研究公開發表。

發明內容

本發明的目的是提供一種微泡發生器的開發方法，它集計算機數值仿真和物理實驗為一體，開發設計的微泡發生器能夠有效地產生微泡，能有效提高設計質量，降低開發成本，縮短開發周期，并且能夠防止微泡發生器的堵塞，具備良好的流場特性。

本發明提出的開發方法已應用到微泡發生器的設計、分析和結構優化中，開發設計的微泡發生器可用于金屬或非金屬礦山、煤碳、造紙、廢紙脫墨、工業廢水處理等多種領域，該方法也可用于其它流體機構的設計開發。

本發明所提供的微泡發生器設計開發方法，設計思路如下：

采用計算機輔助設計(CAD)技術進行結構設計，并利用商用計算機流體力學軟件CFD技術的可視化優勢，確定微泡發生器內真空負壓區的位置、紊動能的分布情況、空氣、水、礦物各相的速度分布以及適宜的噴嘴出口速度，分析噴嘴最易磨損的位置。同時對微泡發生器進行多工況分析，確定微泡發生器的最佳結構參數，預測微泡發生器的性能。并根據CFD技術分析結果確定的微泡發生器結構參數制作物理樣機，進行物理實驗，驗證開發方法的正確性，達到快速設計制造優質微泡發生器的目的。

本發明所提供的微泡發生器設計開發方法，步驟如下：

(1)利用計算機輔助設計CAD軟件對微泡發生器進行初步結構設計，確定微泡發生器各部分結構尺寸；

(2)建立微泡發生器的有限體積計算模型，對模型進行網格劃分并設定計算區域的邊界條件；

(3)應用商用CFD軟件求解器對微泡發生器計算區域模型進行數值計算；

(4)計算得到流速場、壓力場及紊動能分布等參數，確定計算區域內真空負壓位置和噴嘴最易磨損位置；

(5)修改微泡發生器結構尺寸，對微泡發生器進行多工況分析，分析影響微泡發生器各結構尺寸對微泡發生器流場特性的影響，并確定微泡發生器的最佳結構尺寸；

(6)對確定最佳結構尺寸的微泡發生器進行物理樣機的制作，并進行物理實驗，驗證開發方法的正確性。

本發明的有益效果是

本發明采用借助商用CFD技術設計微泡發生器，對于降低設計成本、縮短開發周期以及提高自主開發能力等方面都起到了十分重要的作用，本發明采用虛擬設計，可以盡早發現問題，進行結構修改，可以快速完成各種工況的模擬實驗，獲得與實際工況相一致的重要參考數據，可以方便進行多相流的各種流體動力學實驗，以獲得優質微泡發生器的快速開發，有著廣闊的發展前景。

附圖說明

圖1是本發明采用的射流式微泡發生器計算區域圖。

圖2是本發明采用的射流微泡發生器模型網格劃分圖。

圖3是本發明計算區域的氣相速度分布云圖。

圖4是本發明計算區域的流體靜壓分布等值線圖。

圖5是本發明計算區域的紊動能分布等值線圖。

圖6是本發明采用的物理實驗實施例的安裝示意圖。

圖7是本發明采用的射流微泡發生器實驗產生直徑0.1-0.3mm的微泡圖片。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發明的典型實施例作進一步詳細描述，以下實施例用于說明本發明。

本發明方法采用CAD軟件、CFD軟件和實驗相結合的方法對微泡發生器進行開發設計，本發明涉及的微泡發生器其原理是利用各占一定比例的空氣、水、礦物混合物通過流體紊動擴散作用，產生均勻、微小的氣泡，以適應微泡浮選的需要。在設計的微泡發生器內，氣流被破碎成微泡，而且可以有效地解決微泡發生裝置容易堵塞的問題。下面參閱附圖以射流微泡發生器為例作具體說明。