基于离散元法的颗粒-气泡间相互作用行为模拟研究

作     者：陈有轩 张志军 CHEN Youxuan;ZHANG Zhijun

作者机构：中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2023年第48卷第3期

页      面：1403-1412页

核心收录：

学科分类：0808[工学-电气工程] 081902[工学-矿物加工工程] 0819[工学-矿业工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 0820[工学-石油与天然气工程] 0817[工学-化学工程与技术] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0815[工学-水利工程] 0827[工学-核科学与技术] 0703[理学-化学] 0802[工学-机械工程] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51704300) 北京市科技新星计划资助项目(Z191100001119034) 北京市自然科学基金资助项目(2192046) 

主　　题：浮选 颗粒 气泡 离散元法 

摘      要：颗粒-气泡间相互作用行为的研究对理解浮选原理至关重要。在颗粒-气泡间力学理论的基础上采用离散元法(Discrete Element Method,DEM)构建了颗粒-气泡间相互作用行为的模拟系统,模拟了粒度为0.1 mm,密度级分别为-1.3、1.3~1.4、1.4~1.5、1.5~1.6、1.6~1.7、+1.7 g/cm^(3)的球形煤颗粒与固定气泡在静止水环境中的相互作用行为。研究了颗粒-气泡间相互作用行为的各阶段以及各阶段颗粒速度变化规律、颗粒密度与颗粒-气泡间临界碰撞角的关系、颗粒密度与颗粒捕获概率的关系。模拟结果表明,颗粒-气泡间相互作用行为可分为5个阶段:自由沉降阶段、绕流运动阶段、颗粒在液膜上滑动阶段、液膜破裂并形成三相接触线(TPC)阶段、伴随TPC滑动阶段。颗粒以自由沉降末速接近气泡,在临近气泡表面时会做绕流运动,运动轨迹发生改变。当颗粒与气泡发生碰撞时,其速度降至最小值。碰撞后颗粒随即在气泡表面滑动,滑动速度先逐渐增加,然后急剧下降,再继续增加,在气泡“赤道位置附近时其速度达到最大值,越过“赤道后速度开始逐渐降低,最终停留在气泡底部。颗粒在气泡表面的滑动速度近似关于气泡“赤道对称。当颗粒的密度级从-1.3 g/cm^(3)增加至+1.7 g/cm^(3)时,颗粒-气泡间临界碰撞角从50.77°降低至31.93°,气泡对颗粒的捕获概率从51.74%降低至22.04%。