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

Основные параметры гидравлического разделения тел различной формы (шарики и круглые диски), и х геометрические характеристики и свойства № Наименование Имя переменной Значение Размерность 1 Рабочий диаметр аппарата D 0,1 м 2 Скорость подачи восходящего потока воды V h 0,1 м/с 3 Дисперсная среда Стеклянные шарики, диски из алюминия 4 Плотность тел различной формы и частиц минералов рт 2700 кг/м 3 5 Диаметр шариков и дисков d 4 0,06, 0,08, 0,1 см 6 Толщина круглых дисков и их коэффициенты сферичности h (Q) 0,024 (0,79) 0,016 (0,64) 0,013 (0,54) см 7 Скорости свободного падения шариков Vm 9,8; 13,1; 16,1 см/с 8 Скорости свободного падения дисков 6,5; 6,1; 5,1 см/с 9 Начальная объемная концентрация твердой фазы I 24 % 10 Скорости стесненного падения шариков Vd\^) 4,2; 5,9; 7,5 см/с 11 Скорости стесненного падения дисков VCT.fa ) 3,2; 3,4; 3,0 см/с Наиболее важными характеристиками процесса гидравлической классификации является распреде­ ление объемной концентрации или коэффициента разрыхления материала по высоте и сечению аппара­ та, а также изменение скоростей стесненного паде­ ния материала различной крупности в определенных зонах аппарата. На рис. 1 приведена картина численного модели­ рования процесса классификации смеси сферических частиц после 60 сек. с его начала. В начале загрузки сепаратора концентрация шариков крупностью 0,6 мм на глубине практически до 0,72 м плавно повы­ шается в 2,5 раза (от 8 до 20 %) (рис. 1а) с полным их отсутствием в нижних слоях классифицируемого материала, что свидетельствует о частичном начале их выноса в легкую фракцию аппарата. Практически такой же ход кривой наблю­ дается и для шариков диаметром 0,8 мм, но в этом случае наблюдается смещение пика концентрации частиц ближе ко дну аппарата. Самое большое нако­ пление материала, состоящего из шариков диамет­ ром 1 мм, происходит в нижних зонах аппарата, рез­ кое возрастание концентрации которых начинается с глубины более 0,8 м, когда она достигает значения в 37%, хотя их концентрация выше отметки 0,8 м не превышает и 5%. На рис.1б представлены результаты расчета ско­ ростей падения шариков различных размеров в зави­ симости от их нахождения в различных зонах аппа­ рата по его высоте. Практически все фракции сфери­ ческих шариков в течение этого промежутка времени начинают постепенно осаждаться в нижние слои суспензии с замедлением скорости их стесненного падения по мере увеличения объемной концентрации твердого, причем наибольшее замедление скорости наблюдается на участке от 0,6 до 0,8 м с наиболее высоким значением плотности суспензии. В средней зоне сепаратора скорость осаждения шариков диа­ метром 0.6 мм равна около 5,0 см/с, для шариков диаметром 0,8 мм она соответствует значению более 8 см/с, а шарики диаметром 1 мм характеризуются значением скорости более 11 см/с (рис. 1б). В этой точке осевого сечения аппарата объемная концентрация твердого не превышает 20 % и прове­ денные в дальнейшем расчеты по аналитическому определению скоростей стесненного падения таких шариков по формуле Лященко с учетом данной кон­ центрации твердого совпадают с графическими ре­ зультатами, что свидетельствует о сопоставимости результатов численного моделирования и рассчитан­ ных значений скоростей стесненного падения с ис­ пользованием данной формулы. Некоторая часть материала, представленная шариками 0,6 и 0,8 мм, под действием восходящего потока воды начинает перемещаться вверх с донных слоев аппарата. При совместном нахождении в модели аппарата дисков такого же диаметра, но различного коэффи­ циента сферичности (рис. 2 а) начинается выравнива­ ние концентраций всех фракций до значений не бо­ лее 8 % вплоть до глубинных слоев суспензии, при­ мерно на расстоянии 0,2 м, считая от дна аппарата. В дальнейшем концентрация твердой фазы возрастает более чем на 20 %, основной вклад в которую вносят диски крупностью 0,8 мм. В суспензии, находящейся ниже отметки 0,8 м, наблюдается полное отсутствие дисков диаметром 0,6 мм с коэффициентом сферич­ ности 0,79, а концентрация самых крупных дисков не превышает 3%. 123