Труды КНЦ вып.3 (ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ вып.1 3/2010(3))

Шщт ночных т п д н 2011 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ГИДРАВЛИЧЕСКОМ СЕПАРАЦИИ СЛЮДЯНЫХ v * РУД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДОВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ГИДРОДИНАМИКИ М.С. Хохуля, А.С. Тарасова Для повышения полноты извлечения ценных компонентов гравитационными методами, представ­ ленных различными видами слюд, необходимо полу­ чение необходимой информации о гидродинамике процессов разделения и создание на этой основе обо­ гатительных аппаратов, обеспечивающих вовлечение в переработку труднообогатимых руд, характери­ зующихся не только различием в плотности минера­ лов, но также и в форме частиц. На примере математического моделирования процесса гравитационного разделения слюдяных руд, реализуемого в рабочем объеме гидравлическо­ го сепаратора, была выбрана аналитическая модель, учитывающая закономерности гидродинамики мно­ гофазных дисперсных течений, к которым относятся суспензии [ 1 ]. При моделировании течения суспензии каждая из ее фаз - сплошная и дисперсная описывается с по­ мощью уравнений гидромеханики Эйлера. При этом среда рассматривается как суперпозиция взаимопро­ никающих континуумов, каждый из которых отно­ сится к своей фазе [1-3]. Это позволяет создавать модели конкретных аппаратов, исследовать кинетику разделения обогащаемого материала с целью выяв­ ления недостатков их конструкций и выработки ре­ комендаций по совершенствованию аппаратов и ре­ жимов разделения. Гидродинамическая структура потока суспензий в гравитационных аппаратах оказывает существен­ ное влияние на процессы разделения. Для оценки этого влияния необходимо знать распределение по­ лей скоростей и объемных концентраций частиц по всему объему аппарата, что в большинстве случаев является очень трудоемкой задачей Расчет многофазных течений в гидравлическом сепараторе осуществлялся с привлечением методов вычислительной гидродинамики путем использова­ ния CFD-пакетов (Computational Fluid Dynamics) программного комплекса ANSYS-FLUENT, которые основаны на современных компьютерных техноло­ гиях. Разработанные программы позволяют строить CFD-модели, которые являются физико­ математическим представлением исследуемого объ­ екта или процесса, основанным на численном реше­ нии систем уравнений Эйлера, реализованным, как правило, в среде компьютерной программы [4, 5]. Таким образом, CFD-модели потенциально обла­ дают более высокой точностью, а также значительно большей информативностью. Поэтому вычислитель­ ный эксперимент на основе CFD - моделей Учреждение Российской академии наук Горный институт КНЦ РАН. приближается по своим качествам к натурному экс­ перименту, что позволяет дополнить или заменить его для получения новых данных. Использование данных моделей осуществлялось при разделении частиц различной формы в гидрав­ лическом сепараторе, применяемом при переработке слюдяных руд. В теории гидравлической классификации (сепа­ рации) одной из основных задач является определе­ ние скорости стесненного падения частиц, зависящей от плотности суспензии в рабочем объеме аппарата. Для совершенствования конструкций гидравли­ ческих сепараторов необходимо знать скорость вы­ носа частиц, распределение уносимых частиц по размерам и его соотношение с распределением во взвешенном слое. Первоначально был проведен расчет двумерной задачи аппарата с рассмотрением эффекта влияния объемной концентрации частиц на скорость осажде­ ния модельных частиц сферической и пластинчатой формы (стеклянные шарики и алюминиевые круглые диски) в различных ее зонах. В таблице приведены основные характеристики и параметры гидравлического разделения частиц, ко­ торые закладывались в условия задач при проведе­ нии вычислительного эксперимента. Выбор материала с такой характеристикой круп­ ности обусловлен тем, что в среднем классе перера­ батываемых слюдяных руд после проведения их предварительной рудоподготовки присутствуют че­ шуйки слюды с примерно такими же значениями параметров. Исходное питание, объемная концен­ трация твердого в котором составляла 24%, подава­ лось в верхнюю центральную часть модели аппарата. В ней был организован восходящий поток воды со скоростью 10 см/с. Выбор такой скорости обуслов­ лен гарантированным получением в легкой фракции максимального количества дисков, гидравлическая крупность которых была бы меньше скорости восхо­ дящего потока. Результаты численного решения системы уравне­ ний гидродинамики на различных этапах моделиро­ вания оценивались графическим способом. В ходе решения данных задачи были учтены физические свойства материала, к которым относятся его плот­ ность, размер дисперсных частиц, их форма. Кроме того, моделированием учитывался турбулентный характер потока, плотность среды, рабочий диаметр аппарата. Предварительно экспериментальным путем опре­ делялась конечная скорость свободного падения ка­ ждой одиночной частицы для создания в дальней­ шем необходимой скорости восходящего потока. 122