微泡发生器流体动力学机理及其仿真与应用

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具体描述

本书是作者十余年来对微泡发生器的研究与开发、对流体动力学研究的总结。内容主要分为三个部分。

  第一部分:以射流式微泡发生器为例,研究了微泡发生器流体动力学机理、微泡生成机理及射流微泡发生器、微泡生成三相流力学机理、基于CFD的数值模拟分析、浮选柱数学模型及微泡矿化机理。第二部分:应用实例研究,研究了射流式微泡发生器、旋流式微泡发生器、混流式微泡发生器、自吸式剪切流微孔微泡发生器等流体型微泡发生器的性能,研发了微泡发生器性能分析评价系统。第三部分:採用电导法检测液位、泡沫层厚度的研究,研发了检测液位、泡沫层及其传感器,设计了检测装置。

  书中包含作者多年的研究经验和研究成果,可以作为研究生和大学生的学习参考,也可以作为科研人员、工程技术人员从事微泡发生器开发、微泡浮选、微细粒物质分离等应用的参考。
 

著者信息

图书目录

第一部分微泡发生器流体动力学机理研究———以射流式微泡发生器为例
第一章绪论/ 3
1. 1资源问题/ 3
1. 1. 1资源危机/ 3
1. 1. 2中国的资源消耗/ 5
1. 1. 3中国矿产资源的特点及面临的任务/ 7
1. 2浮选概述/ 8
1. 2. 1浮选发展简况/ 8
1. 2. 2微泡浮选的发展应用简况/ 9
1. 3微泡浮选关键技术分析/ 12
1. 3. 1微泡发生器/ 12
1. 3. 2微泡发生器研究近况/ 13
1. 4选题及研究内容/ 15
1. 4. 1选题背景/ 15
1. 4. 2研究意义/ 17
1. 4. 3研究内容/ 17
 
第二章微泡生成机理及射流微泡发生器的研究/ 19
2. 1射流式微泡发生器工作原理/ 19
2. 2微泡生成力学机理研究/ 21
2. 2. 1气核作用/ 21
2. 2. 2机理分析/ 22
2. 2. 2. 1微泡析出机理/ 22
2. 2. 2. 2吸气生成微泡机理/ 24
2. 2. 2. 3孔板及扩散管的作用/ 28
2. 3微泡生成的尺寸与分散/ 29
2. 3. 1微泡的尺寸/ 29
2. 3. 1. 1析出微泡的尺寸/ 30
2. 3. 1. 2孔板对微泡尺寸的影响/ 31
2. 3. 1. 3射流生成微泡的尺寸/ 31
2. 3. 2气泡的分散/ 32
2. 4微泡生成过程及力学分析/ 33
2. 4. 1力学分析/ 33
2. 4. 2微泡生成过程分析/ 38
2. 4. 2. 1气泡破碎机理分析/ 38
2. 4. 2. 2气泡兼併作用分析/ 44
2. 4. 2. 3气泡的结群/ 45
2. 4. 2. 4气泡在矿浆中的运动/ 46
2. 4. 3矿粒对微泡生成的作用/ 46
2. 5微泡发生器结构分析/ 47
2. 5. 1喷嘴/ 48
2. 5. 2吸气室及进气管/ 49
2. 5. 3混合室/ 49
2. 5. 4孔板/ 50
2. 5. 5喉管/ 50
2. 5. 6扩散管/ 51
2. 6微泡发生器充气性能分析/ 52
2. 6. 1充气量/ 52
2. 6. 1. 1射流速度对充气量的影响/ 52
2. 6. 1. 2微泡发生器的结构对充气量的影响/ 53
2. 6. 2气泡分散度/ 54
2. 6. 3气泡分佈/ 55
2. 6. 4含气率/ 55
2. 7本章总结/ 57
 
第三章微泡生成三相流力学机理研究/ 58
3. 1流体力学发展概述/ 58
3. 2多相流研究概述/ 59
3. 2. 1研究概况/ 60
3. 2. 2颗粒轨道模型/ 62
3. 2. 3欧拉多相模型/ 64
3. 2. 4双流体模型/ 64
3. 2. 4. 1双流体模型及其发展/ 64
3. 2. 4. 2欧拉及拉格朗日观点比较和双流体模型通式/66
3. 2. 5气、固、液三流体模型/ 67
3. 2. 6紊流模型/ 68
3. 3微泡发生器内三相流流动分析/ 69
3. 3. 1紊流流动/ 69
3. 3. 2射流传质/ 70
3. 3. 3相间耦合/ 70
3. 3. 3. 1气液相间的动量传递/ 71
3. 3. 3. 2气固、液固相间的动量传递/ 73
3. 3. 3. 3相间湍流相互作用/ 73
3. 3. 3. 4相内作用/ 73
3. 3. 4物理模型分析/ 74
3. 4三相流混合模型的建立/ 75
3. 4. 1瞬态方程组/ 76
3. 4. 2时均方程组/ 78
3. 4. 3湍流封闭模型/ 80
3. 5常数及符号/ 84
3. 6本章小结/ 85
 
第四章基于CFD 的数值模拟分析/ 87
4. 1CFD 概述及FLUENT 软件/ 88
4. 1. 1CFD 的发展概况/ 88
4. 1. 2CFD 数值模拟方法及主要流程/ 88
4. 1. 3FLUENT 软件简述/ 90
4. 2微泡发生器中的两相流数值模拟/ 91
4. 2. 1计算域及数值计算模型/ 91
4. 2. 2边界条件及基本参数/ 92
4. 2. 3数值模拟结果分析/ 93
4. 3微泡发生器中的三相流数值模拟/ 98
4. 3. 1微泡发生器总体结构/ 98
4. 3. 2数值计算边界条件/ 99
4. 3. 3三相流的基本参数/ 99
4. 3. 4计算域、控制方程和计算方法/ 99
4. 3. 5仿真模拟与计算分析/ 100
4. 3. 5. 1喷嘴处矿浆喷射速度的仿真模拟与计算分析/100
4. 3. 5. 2速度分佈/ 101
4. 3. 5. 3压力分佈/ 107
4. 3. 5. 4湍动能分佈/ 110
4. 3. 5. 5各相份额及分佈/ 111
4. 4本章总结/ 113
 
第五章浮选柱数学模型及微泡矿化机理研究/ 114
5. 1浮选速率方程/ 114
5. 2浮选柱内矿粒的滞留时间/ 115
5. 3微泡矿化力学机理研究/ 115
5. 3. 1单个矿粒与单微泡的附着/ 116
5. 3. 2矿粒群与单微泡的附着/ 118
5. 3. 3单层附着/ 118
5. 3. 4多层附着/ 120
5. 4矿化微泡的特性/ 123
5. 4. 1矿化微泡等速方程/ 123
5. 4. 2空气与矿浆的流速比/ 123
5. 4. 3矿化微泡密度/ 124
5. 4. 4矿化微泡直径/ 125
5. 5微泡矿化的影响因素/ 126
5. 5. 1矿粒疏水性对微泡矿化的影响/ 126
5. 5. 2微泡直径对微泡矿化的影响/ 126
5. 5. 3矿粒粒度对微泡矿化的影响/ 127
5. 6本章小结/ 127
 
第二部分应用实例
第六章射流式微泡发生器性能实验研究/ 131
6. 1实验装置/ 131
6. 2设计特点/ 133
6. 3实验结果分析/ 133
6. 3. 1工艺参数的实验研究/ 133
6. 3. 1. 1介质流量及其压力的影响/ 134
6. 3. 1. 2背压的影响/ 136
6. 3. 1. 3进气量的影响/ 137
6. 3. 1. 4充气压力的影响/ 138
6. 3. 2结构参数的实验研究/ 139
6. 3. 2. 1喷嘴到喉管入口间距的影响/ 139
6. 3. 2. 2喉管结构形式及长径比的影响/ 142
6. 3. 2. 3孔板(或筛网) 的影响/ 143
6. 3. 2. 4扩散管接入方式的影响/ 144
6. 4本章总结/ 146
 
第七章旋流式微泡发生器/ 147
7. 1旋流式微泡发生器的设计与仿真/ 147
7. 1. 1旋流式微泡发生器的工作原理/ 147
7. 1. 2旋流式微泡发生器的主要参数/ 148
7. 1. 2. 1入水口直径/ 148
7. 1. 2. 2内腔直径/ 149
7. 1. 2. 3空气吸口直径/ 149
7. 1. 2. 4混合物出口直径/ 149
7. 1. 3旋流式微泡发生器的三维仿真分析/ 149
7. 1. 3. 1旋流式微泡发生器的三维建模/ 150
7. 1. 3. 2旋流式微泡发生器的仿真参数设定/ 150
7. 1. 3. 3反应流场特性的几个主要参数/ 151
7. 1. 3. 4旋流自吸式微泡发生器内腔直径的参数设计/152
7.1.3.5旋流自吸式微泡发生器空气吸口直径的参数设计/157
 7.1.3.6旋流自吸式微泡发生器混合物出口直径的参数设计/161
7. 1. 3. 7最终模型确定/ 163
7. 1. 3. 8仿真小结/ 163
7. 2旋流式微泡发生器的实验研究/ 164
7. 2. 1旋流式微泡发生器的实物加工/ 164
7. 2. 2实验原理与装置/ 166
7. 2. 3微泡尺寸与工况参数的关系/ 167
7. 2. 4实验小结/ 172
 
第八章混流式微泡发生器的性能研究/ 173
8. 1混流式微泡发生器的设计与仿真/ 173
8. 1. 1混流式微泡发生器的基本结构/ 173
8. 1. 2混流式微泡发生器的工作原理/ 175
8. 1. 2. 1基本性能方程/ 175
8. 1. 2. 2充气性能方程/ 178
8. 1. 3混流式微泡发生器基本性能的评价方法/ 180
8. 1. 3. 1混流式微泡发生器内部流场流型/ 180
8. 1. 3. 2微泡尺寸计算与测试/ 183
8. 2混流式微泡发生器内流场数值模拟/ 186
8. 2. 1微泡发生器内部三相流场仿真研究/ 186
8. 2. 2仿真结果分析/ 187
8. 2. 2. 1喷嘴性能分析与评价/ 187
8. 2. 2. 2喉管性能分析与评价/ 194
8. 2. 2. 3扩散管性能分析与评价/ 200
8. 2. 2. 4浮选柱高度对微泡发生器性能的影响/ 203
8. 2. 3仿真小结/ 204
 
第九章自吸式剪切流微孔微泡发生器的研究/ 205
9. 1影响微孔成泡的因素/ 205
9. 1. 1孔口特性的影响/ 205
9. 1. 2气室体积的影响/ 206
9. 1. 3浸没深度的影响/ 207
9. 1. 4液体的表面张力和气孔的润湿性的影响/ 207
9. 1. 5液体粘度的影响/ 208
9. 1. 6液体密度的影响/ 208
9. 1. 7气体流率的影响/ 209
9. 1. 8连续相速度的影响/ 210
9. 2在剪切流下的小孔成泡/ 211
9. 2. 1单个成泡/ 211
9. 2. 2脉动成泡/ 212
9. 2. 3喷射成泡/ 212
9. 2. 4气穴成泡/ 213
9. 3文丘里管/ 213
9. 4多孔材料/ 215
9. 4. 1有机泡沫浸渍法/ 215
9. 4. 2发泡法/ 216
9. 4. 3添加造孔剂法/ 216
9. 5自吸式剪切流微孔微泡发生器的仿真分析/ 217
9. 5. 1文丘里式-多孔介质微泡发生器的结构研究/ 218
9. 5. 2使用FLUENT 对自吸式剪切流微孔微泡发生器的选优设计/ 218
9. 5. 2. 1已知数据/ 218
9. 5. 2. 2模型简化/ 219
9. 5. 2. 3数值模拟参数设置/ 219
9. 5. 2. 4入口半锥角α 的优化/ 220
9. 5. 2. 5出口半锥角对β 的优化/ 223
9. 5. 2. 6喉管长度l 的确定/ 227
9.5.2.7陶瓷微孔膜管内径d 对微泡发生器性能的影响/230
9. 5. 2. 8气室空气入口数量的确定/ 232
9. 5. 2. 9最终使用模型的确定/ 233
9. 5. 3仿真小结/ 234
9. 6自吸式剪切流微孔微泡发生器的实验研究/ 235
9. 6. 1实验装置/ 235
9. 6. 2自吸状态下水流速度与微泡大小和含气率之间的关系/ 2 
9. 6. 3气流率和剪切流速度对微泡粒径的影响/ 237
9. 6. 4实验小结/ 238
 
第十章微泡发生器性能分析评价系统研发/ 239
10. 1系统概述/ 239
10. 1. 1系统开发相关工具/ 239
10. 1. 2系统总体结构/ 241
10. 2参数化建模及网格划分模块/ 241
10. 2. 1微泡发生器结构的参数化/ 242
10. 2. 2模块实现方法/ 244
10. 2. 3参数化建模及网格划分模块开发/ 247
10. 3分析求解及操作参数离散化模块/ 251
10. 3. 1模块实现方法/ 251
10. 3. 2求解模块开发/ 253
10. 3. 3操作参数离散化开发/ 256
10. 4性能评价模块开发/ 257
10. 4. 1模块实现方法/ 257
10. 4. 2模块开发/ 258
10. 5数据管理模块/ 259
10. 5. 1模块实现方法/ 259
10. 5. 2数据库设计/ 259
10. 5. 3数据查询模块开发/ 262
10. 6性能分析实例/ 263
10. 7研发小结/ 264
 
第三部分电导法检测液位、泡沫层的研究
第十一章检测液位、泡沫层及其传感器研究/ 268
11. 1泡沫层厚度、液位高度对浮选的影响/ 268
11. 1. 1泡沫层结构/ 268
11. 1. 2泡沫层性质/ 269
11. 1. 3液位高度对浮选的影响/ 270
11. 2浮选柱液位检测方法分析/ 271
11. 3电导式浮选液位传感器的研究/ 274
11.3. 1电导率液位检测法原理/ 275
11. 3. 2静态矿浆与矿化泡沫物理特性的研究/ 276
11. 3. 3小型浮选槽试验/ 278
11. 3. 4试验结论/ 282
11. 4电导式浮选液位传感器的设计/ 282
11. 4. 1检测原理/ 283
11. 4. 2电导率液位传感器结构设计/ 283
11. 4. 3电导率液位传感器控制电路设计/ 285
11. 4. 4传感器检测电路和A/ D 转换电路精度测试/ 287
11. 5本章小结/ 289
12 微泡发生器流体动力学机理及其仿真与应用
 
第十二章检测装置设计/ 291
12. 1电阻式远传压力表/ 292
12. 2检测装置硬件实现/ 293
12. 2. 1控制芯片的选择/ 293
12. 2. 2时钟电路与复位电路/ 294
12. 2. 3A/ D 转换电路/ 295
12. 2. 4串口通信电路/ 296
12. 2. 5键盘与显示电路/ 298
12. 2. 6系统电源/ 299
12. 3检测软件设计/ 299
12. 3. 1数字泸波/ 301
12. 3. 2检测系统初始化/ 302
12. 3. 3压力检测程序/ 303
12. 3. 4液位传感器的信号採集及预处理程序/ 303
12. 3. 5液位高度及泡沫层厚度判定程序/ 304
12. 3. 6报警程序/ 307
12. 3. 7串行中断程序/ 308
12. 3. 8上位机程序设计/ 309
12. 3. 8. 1Windows 环境下串行通信的实现/ 3
12. 3. 8. 2上位机监测系统的功能要求/ 311
12. 3. 8. 3上位机程序的实现/ 311
12. 4实际检测实验/ 312
12. 4. 1工作背压对微泡发生器性能的影响/ 313
12. 4. 2微泡发生器工作压力对泡沫层厚度的影响/ 315
12. 4. 3进气阀开度对泡沫层的影响/ 318
12. 5本章小结/ 320
 
第十三章总结与展望/ 321
13. 1研究成果/ 321
13. 2展望/ 323
 
参考文献/ 324
总结与展望/ 335
 

图书序言

图书试读

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