检索结果-内蒙古大学图书馆

中国有色冶金 2024年第5期53卷 123-131页

作者：李凯旋李政权张博群王贻得石昊宇江西理工大学江西省颗粒系统仿真与模拟重点实验室江西赣州341000

本文旨在利用流体体积(Volume of Fluid,VOF)方法捕捉和界面重构,对单个三维气泡在搅拌槽中的运动进行了数值模拟,研究两相相互作用过程中气泡在搅拌槽中的运动及变形。在考虑表面张力和重力的情况下,实时计算了质量和动量守恒方程。压... 详细信息

本文旨在利用流体体积(Volume of Fluid,VOF)方法捕捉和界面重构,对单个三维气泡在搅拌槽中的运动进行了数值模拟,研究两相相互作用过程中气泡在搅拌槽中的运动及变形。在考虑表面张力和重力的情况下,实时计算了质量和动量守恒方程。压力-速度耦合通过SIMPLE方案实现,界面重构采用几何重构PLIC方案。本文分析了在搅拌槽中搅拌速度、气泡尺寸、表面张力、密度比、气泡初始位置对气泡运动与变形的影响。结果表明,搅拌产生的液体流动能够改变气泡的形状,而增加搅拌速度则能加速气泡的运动和变形过程;表面张力能够维持气泡的形状,阻止其发生变形;气泡初始尺寸与密度比影响气泡的速度,初始尺寸与密度比越大,速度越大,变形越明显;气泡的初始位置对气泡的运动轨迹和变形有影响,距离搅拌轴越近,所受液体流动的作用力逐渐增大,导致气泡的变形更加显著,到达搅拌区域的时刻更早。本文研究结果可对优化浮选工艺参数,提高矿物浮选效率提供理论参考依据。

关键词：浮选气泡 VOF方法气液两相流搅拌槽数值模拟搅拌速度气泡尺寸初始位置

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密相栓流湿颗粒气力输送数值模拟

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中国有色冶金 2024年第5期53卷 132-140页

作者：徐止恒李政权陈慧敏张博群石昊宇江西理工大学江西省颗粒系统仿真与模拟重点实验室江西赣州341000

鉴于目前对于湿颗粒密相气力输送的研究缺乏成熟的体系与结论,本文探究了湿颗粒密相气力输送的流动机理与流动形态,为气力输送的优化设计提供理论支持。研究采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)和离散元法(discrete ele... 详细信息

鉴于目前对于湿颗粒密相气力输送的研究缺乏成熟的体系与结论,本文探究了湿颗粒密相气力输送的流动机理与流动形态,为气力输送的优化设计提供理论支持。研究采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)和离散元法(discrete element method,DEM)双向耦合的数值模拟方法,对水平管道中干湿颗粒料栓的运动形式和颗粒运动轨迹进行了分析,深入研究了颗粒含水率对输送流型、输送效率以及输送压降的影响。结果表明,同等气速下,湿颗粒可以形成段塞流,而干颗粒先是段塞流,随后料栓被气体击穿演变为沙丘流,最后成为管底流;随着气体速度的增大,单位长度的水平管道压降数值呈现先降低后增长的趋势,在质量流率0.5 kg/s、含水率5%的工况下,输送速度为9 m/s时管道压降数值最低,为最佳经济速度值;湿颗粒的压力曲线一直处于波动较大的不稳定状态,当两个监测点位于段塞外部时,轴向压差几乎为零,而当两个监测点位于段塞内部时,轴向压差可以达到-600 Pa。通过对湿颗粒输送时的压降变化进行分析和监测,可及时发现设备故障的迹象,预警可能的问题并采取预防措施,避免设备损坏和生产中断。

关键词：物料输送密相气力输送流体力学离散元法湿颗粒段塞流颗粒含水率

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基于人工神经网络与多相流模拟技术的搅拌过程研究

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有色金属科学与工程 2024年第6期15卷 801-813页

作者：武煜坤李政权王贻得徐止恒李凯旋石昊宇江西理工大学江西省颗粒系统仿真与模拟重点实验室江西赣州341000

搅拌釜系统本身具有强非线性特点,传统研究方法往往难以快速准确地反演现场实际情况。为解决这一问题,本研究采用人工神经网络(Artificial Neural Network,ANN)与计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)相结合的方法,构建了ANN... 详细信息

搅拌釜系统本身具有强非线性特点,传统研究方法往往难以快速准确地反演现场实际情况。为解决这一问题,本研究采用人工神经网络(Artificial Neural Network,ANN)与计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)相结合的方法,构建了ANN-CFD湍流状态预测模型,并采用了3种训练算法(Levenberg-Marquardt、Bayesian Regulation和Scaled Conjugate)和优化算法(遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法)对模型超参数进行研究。在此基础上,采用双层遗传算法(GA-GA)分别对神经网络的隐藏层节点数和初始权值阈值进行了优化,同时提出了神经网络架构较优方案;用ANN-CFD模型预测搅拌釜内流场状态并评估模型精度。结果显示:BR算法在神经元数大于9个时具有较高的预测准确性,且准确度变化总体趋于稳定;遗传算法的全局收敛性及预测精度在本模型中表现出了出色的性能;在双隐藏层条件下隐藏层神经元数组合为11-10时达到综合较优效果;基于GA-GA优化的ANN-CFD模型其回归指标均超过0.9,展现了出色的预测精度。与传统的BP神经网络相比,该模型在验证集和测试集上的拟合效果提高一倍以上。

关键词：搅拌釜人工神经网络计算流体力学遗传算法湍流状态

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立式搅拌釜中固-液混合特性模拟研究

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中国有色冶金 2024年第5期53卷 111-122页

作者：张博群李政权赖莉莹王贻得武煜坤江西理工大学江西省颗粒系统仿真与模拟重点实验室江西赣州341000

研究固-液混合特性对生产效率、能耗等指标的优化具有重要意义,实际生产中立式搅拌釜应用较多,本文采用CFD方法和DEM方法从颗粒密度、粒径、搅拌速度和初始液面高度等4个方面对立式搅拌釜的颗粒混合特性进行了数值模拟研究,并且从速度... 详细信息

研究固-液混合特性对生产效率、能耗等指标的优化具有重要意义,实际生产中立式搅拌釜应用较多,本文采用CFD方法和DEM方法从颗粒密度、粒径、搅拌速度和初始液面高度等4个方面对立式搅拌釜的颗粒混合特性进行了数值模拟研究,并且从速度场、湍动能分布和颗粒混合度3个维度来评判颗粒的混合特性。结果表明,在这些影响因素中,颗粒密度和搅拌速度对混合特性的影响最大,特别是当颗粒密度为1200 kg/m3时,相对标准差值达到0.5左右,说明混合程度较好;搅拌速度越大,混合性能越好;颗粒粒径对混合性能的影响较小,但粒径越小,越容易悬浮,粒径增大,混合程度降低;初始液面高度的改变导致固含率的改变,但是对固液混合性能基本不产生影响。

关键词：立式搅拌釜固-液两相流 CFD-DEM 混合特性颗粒密度搅拌速度粒径初始液面高度

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颗粒形状和旋转溜槽结构对高炉布料颗粒动力学行为的影响

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中国有色冶金 2024年第5期53卷 141-157页

作者：王俊青刘思达徐进周宗彦江西省颗粒系统仿真与模拟重点实验室江西南昌330013 江西理工大学国际创新研究院江西南昌330013

旋转溜槽是高炉布料系统的重要部件,通过改变溜槽角度和转速可以影响物料在溜槽出口端的速度和分布,从而影响炉料的下落轨迹。本文以旋转溜槽作为研究对象,采用离散单元法对物料流动进行模拟仿真,分析了溜槽设计、角度以及颗粒种类和形... 详细信息

旋转溜槽是高炉布料系统的重要部件,通过改变溜槽角度和转速可以影响物料在溜槽出口端的速度和分布,从而影响炉料的下落轨迹。本文以旋转溜槽作为研究对象,采用离散单元法对物料流动进行模拟仿真,分析了溜槽设计、角度以及颗粒种类和形状对炉料颗粒下落轨迹、溜槽出口端位置颗粒的尺寸分布和速度分布以及颗粒偏析的影响。计算结果表明:溜槽下料过程中不可避免地会出现颗粒偏析情况;溜槽角度对布料过程的影响显著,角度越大料流越稳定;炉料粒径越大,颗粒形状对下料过程的影响越明显;方形溜槽能够有效地聚拢下料过程中的料流宽度,从而达到精准布料的效果;耐磨衬板的加入在一定程度上也能达到精准布料的效果。

关键词：高炉布料旋转溜槽颗粒轨迹颗粒偏析离散单元法

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高炉批重转换过程炉内热化学行为演变规律模拟研究

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有色金属科学与工程 2023年第6期14卷 764-772页

作者：季朗永范海瀚翁凌熠苏中方崔佳鑫鄂殿玉江西理工大学江西省颗粒系统仿真与模拟重点实验室南昌330013 江西理工大学国际创新研究院南昌330013

在推进“双碳”目标实现的进程中,中国炼铁工业面临着节能减排的重大挑战,在传统高炉向低碳高炉转换的炉况过渡过程中,研究炉内热化学行为演变规律对炼铁技术绿色低碳发展具有重要的指导和推动作用。本研究采用计算流体动力学-离散单元(... 详细信息

在推进“双碳”目标实现的进程中,中国炼铁工业面临着节能减排的重大挑战,在传统高炉向低碳高炉转换的炉况过渡过程中,研究炉内热化学行为演变规律对炼铁技术绿色低碳发展具有重要的指导和推动作用。本研究采用计算流体动力学-离散单元(CFD-DEM)耦合方法解析了布料批重动态改变对高炉内部温度场、软熔带以及铁矿石还原度分布的瞬时影响。结果表明:料批重减小21.50%,炉料平均温度降低约5.81%,软熔带高度缩减约7.18%,炉内矿石还原度降低约3.08%,反之亦然,即当料批重恢复时,实验高炉主要运行参数及特征可以恢复至先前水平;通过调整料批重,高炉内部从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态,两个稳定状态过渡过程的时间成本逐渐减少;炉内炉料均温越高,在批重改变时会更快地达到新的稳定状态。

关键词：高炉过程料批重过程演变模拟仿真热化学行为

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基于CFD-DEM的湿颗粒气力输送数值模拟

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中国粉体技术 2024年第2期30卷 12-23页

作者：徐止恒李政权王贻得武煜坤李凯旋石昊宇江西理工大学江西省颗粒系统仿真与模拟重点实验室江西赣州341000

【目的】为了探索水平管中湿颗粒气力输送的内在机制,开发液桥轮廓由凸到凹的液桥力模型,实现对颗粒含水率的精准调控,分析不同含水率颗粒在输送过程中的动力学特性变化规律。【方法】采用计算流体力学(computational fluid dynamics, C... 详细信息

【目的】为了探索水平管中湿颗粒气力输送的内在机制,开发液桥轮廓由凸到凹的液桥力模型,实现对颗粒含水率的精准调控,分析不同含水率颗粒在输送过程中的动力学特性变化规律。【方法】采用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)和离散元法(discrete element method, DEM)双向耦合的数值模拟方法,通过对弯头外侧中心线的颗粒速度分析对比,验证数值模型的正确性以及网格的无关性。【结果】干颗粒沉降在管道底部,表现为管底流的运动状态,湿颗粒因液桥力的作用而形成紧密的颗粒团块,以单粒子和颗粒团2种形式进行运动,并且颗粒含水率越大,颗粒团聚现象越严重;湿颗粒的输送速度明显比干颗粒低,且随着颗粒含水率的增加,颗粒的平均输送速度呈下降趋势。【结论】相对于干颗粒输送,湿颗粒输送流动性更弱、输送效率更低以及能耗更高,在实际工业应用中,应当对湿颗粒进行前处理,以便于气力输送的无故障进行。

关键词：计算流体力学离散元法湿颗粒液桥力流态

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圆环挡板振荡流反应器内流动特性的数值模拟

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材料与冶金学报 2022年第3期21卷 162-166页

作者：曾嘉曾晨周鹏郭苏雅崔佳鑫鄂殿玉江西理工大学江西省颗粒系统仿真与模拟重点实验室江西赣州341000

采用计算流体力学方法,对冶金化工生产过程常用的圆环挡板振荡流反应器内的流动特性进行模拟研究.通过构建k-ε湍流模型、分离涡模拟(DES)湍流模型和剪切应力输运(SST)湍流模型,对挡板振荡管进行模拟计算,对比分析了计算得到的周期平均... 详细信息

采用计算流体力学方法,对冶金化工生产过程常用的圆环挡板振荡流反应器内的流动特性进行模拟研究.通过构建k-ε湍流模型、分离涡模拟(DES)湍流模型和剪切应力输运(SST)湍流模型,对挡板振荡管进行模拟计算,对比分析了计算得到的周期平均速度、湍动能和流体流型等关键参数与实验结果,验证考察了3种湍流模型对挡板振荡管内复杂湍流运动行为描述的准确性.结果表明:3种湍流模型中,SST湍流模型能更好地描述挡板振荡管内的流体力学行为;振荡流反应器内流体轴向速度沿管径呈抛物线型分布,在壁面处速度接近为0,中心区域的速度最大约为0.075 m/s;圆环挡板附近漩涡的持续形成和相互作用过程是混沌流发展的主要机制.

关键词：冶金化工过程振荡流反应器计算流体力学湍流模型流动特性

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高炉风口回旋区焦炭燃烧特性的颗粒尺度模拟

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钢铁研究学报 2022年第11期34卷 1203-1210页

作者：周鹏华晴赉曾嘉崔佳鑫蒋友源鄂殿玉江西理工大学江西省颗粒系统仿真与模拟重点实验室江西赣州341000 湖南华菱湘潭钢铁有限公司湖南湘潭411101

为从微观颗粒尺度解析高炉风口回旋区动态演变及内部热化学行为,采用计算流体动力学-离散单元法(CFD-DEM)耦合方法对回旋区焦炭燃烧过程进行了数值模拟研究。首先验证了CFD-DEM模型的可用性与准确性;然后探究了回旋区形成及演变过程、... 详细信息

为从微观颗粒尺度解析高炉风口回旋区动态演变及内部热化学行为,采用计算流体动力学-离散单元法(CFD-DEM)耦合方法对回旋区焦炭燃烧过程进行了数值模拟研究。首先验证了CFD-DEM模型的可用性与准确性;然后探究了回旋区形成及演变过程、焦炭颗粒燃烧行为及粒径分布和气相的温度及组分分布;最后考察了不同鼓风速率对回旋区大小、风口轴向气体温度与组分分布的影响。模拟结果表明,回旋区的宽度和高度随着鼓风速率的增大而增加;鼓风速率的上升使气体高温区和化学反应区分布发生改变,即最高温度点和焦炭反应区均向焦炭床中心移动。

关键词：风口回旋区焦炭燃烧行为多尺度多相流模拟计算流体动力学离散单元法

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基于CFD-PBM耦合模型的浮选槽中气体分散特性研究

基于CFD-PBM耦合模型的浮选槽中气体分散特性研究

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第十二届中国金属学会青年学术年会暨首届〝碳中和〞冶金青年科学家沙龙

作者：李凯旋李政权王贻得石昊宇张博群陈慧敏江西省颗粒系统仿真与模拟重点实验室江西理工大学

浮选是一个复杂的多相流过程,涉及气、液、固三相流体的相互作用,同时还包含颗粒与气泡的相互碰撞和黏附过程,以及气泡的聚并与破碎等复杂行为。浮选作为三大选矿技术之一,被广泛应用于广泛应用在环保、冶金工业和矿业、医药及生物工程... 详细信息

浮选是一个复杂的多相流过程,涉及气、液、固三相流体的相互作用,同时还包含颗粒与气泡的相互碰撞和黏附过程,以及气泡的聚并与破碎等复杂行为。浮选作为三大选矿技术之一,被广泛应用于广泛应用在环保、冶金工业和矿业、医药及生物工程等领域。在如今矿产资源越来越"贫、细、杂"的背景下,传统浮选设备已经不能满足社会生产需要,因此急需提高浮选设备分选性能。近年来,群体平衡模型(PBM)被引入并成功与CFD耦合来研究浮选过程。PBM涉及通过对流和湍流扩散求解气泡数量转移的输运方程,并且考虑具有预定义尺寸的气泡的破裂和合并来改变气泡数量。虽然PBM的引入提高了CFD模拟的预测精度,但CFD-PBM中集成了大量的经验模型,例如气泡破裂和聚结模型。合适的实证模型对预测结果有积极的影响,需要进一步完善。针对在研究浮选池中空气分散的传统CFD模型中,气泡被简化为单一尺寸和单一形状的气泡,忽略了气泡的流动、变形、破碎、聚并和尺寸分布的影响等问题,该工作采用VOF中的PLIC界面重构方法,对单个三维气泡在搅拌槽中的运动进行了数值模拟,研究两相相互作用过程中气泡在搅拌槽中的运动及变形。在考虑表面张力和重力的情况下,实时计算了质量和动量守恒方程。压力-速度耦合通过SIMPLE方案实现,界面重构采用几何重构PLIC方案。分析了在搅拌槽中搅拌速度、气泡尺寸、表面张力、密度比、气泡初始位置对气泡运动与变形的影响。结果表明,搅拌速度大小可以改变气泡形状,而增加搅拌速度则能加速气泡的运动和变形过程。表面张力可以维持气泡形状,阻止气泡的变形。气泡尺寸与密度比影响气泡运动速度,进一步影响气泡的变形行为。气泡的初始位置决定了它所受液体流动作用的大小,进而影响其运动轨迹和变形。基于以上研究结果,开发了计算流体动力学和群体平衡模型(CFD-PBM)耦合模型来模拟气液浮选槽中的气体分散特性。优化了气泡聚并和破碎模型,并在群体平衡模型中实现,相间力考虑了Yang等提出的最小能量化曳力模型。通过优化的气泡聚并模型和气泡破裂模型,进一步提高了CFD-PBM的预测精度,研究了搅拌速度、气体流量对流场结构、持气率、气泡尺寸分布和气液界面面积的影响。研究发现,使用CFD-PBM方法,可以获得浮选槽的平均流动行为平均直径的信息。随着搅拌速率的增加,含气率增加,功率数减少,增加搅拌速率可以增强气体分散,从而改善气体混合。通过以上研究有助于优化浮选工艺参数,为矿物分选创造良好的条件,降低选矿成本,有效解决浮选试验的局限性,提高生产效率和资源利用率,实现矿产资源的高效利用和可持续发展。

关键词：群体平衡模型(PBM) 耦合CFD-PBM 气液两相流浮选

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