李浙昆

第一部分微泡發生器流體動力學機理研究———以射流式微泡發生器為例
第一章緒論/ ３
１. １資源問題/ ３
１. １. １資源危機/ ３
１. １. ２中國的資源消耗/ ５
１. １. ３中國礦產資源的特點及面臨的任務/ ７
１. ２浮選概述/ ８
１. ２. １浮選發展簡況/ ８
１. ２. ２微泡浮選的發展應用簡況/ ９
１. ３微泡浮選關鍵技術分析/ １２
１. ３. １微泡發生器/ １２
１. ３. ２微泡發生器研究近況/ １３
１. ４選題及研究內容/ １５
１. ４. １選題背景/ １５
１. ４. ２研究意義/ １７
１. ４. ３研究內容/ １７
 
第二章微泡生成機理及射流微泡發生器的研究/ １９
２. １射流式微泡發生器工作原理/ １９
２. ２微泡生成力學機理研究/ ２１
２. ２. １氣核作用/ ２１
２. ２. ２機理分析/ ２２
２. ２. ２. １微泡析出機理/ ２２
２. ２. ２. ２吸氣生成微泡機理/ ２４
２. ２. ２. ３孔板及擴散管的作用/ ２８
２. ３微泡生成的尺寸與分散/ 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孔板對微泡尺寸的影響/ ３１
２. ３. １. ３射流生成微泡的尺寸/ ３１
２. ３. ２氣泡的分散/ ３２
２. ４微泡生成過程及力學分析/ ３３
２. ４. １力學分析/ ３３
２. ４. ２微泡生成過程分析/ ３８
２. ４. ２. １氣泡破碎機理分析/ ３８
２. ４. ２. ２氣泡兼併作用分析/ ４４
２. ４. ２. ３氣泡的結群/ ４５
２. ４. ２. ４氣泡在礦漿中的運動/ ４６
２. ４. ３礦粒對微泡生成的作用/ ４６
２. ５微泡發生器結構分析/ ４７
２. ５. １噴嘴/ ４８
２. ５. ２吸氣室及進氣管/ ４９
２. ５. ３混合室/ ４９
２. ５. ４孔板/ ５０
２. ５. ５喉管/ ５０
２. ５. ６擴散管/ ５１
２. ６微泡發生器充氣性能分析/ ５２
２. ６. １充氣量/ ５２
２. ６. １. １射流速度對充氣量的影響/ ５２
２. ６. １. ２微泡發生器的結構對充氣量的影響/ ５３
２. ６. ２氣泡分散度/ ５４
２. ６. ３氣泡分佈/ ５５
２. ６. ４含氣率/ ５５
２. ７本章總結/ ５７
 
第三章微泡生成三相流力學機理研究/ ５８
３. １流體力學發展概述/ ５８
３. ２多相流研究概述/ ５９
３. ２. １研究概況/ ６０
３. ２. ２顆粒軌道模型/ ６２
３. ２. ３歐拉多相模型/ ６４
３. ２. ４雙流體模型/ ６４
３. ２. ４. １雙流體模型及其發展/ ６４
３. ２. ４. ２歐拉及拉格朗日觀點比較和雙流體模型通式/６６
３. ２. ５氣、固、液三流體模型/ ６７
３. ２. ６紊流模型/ ６８
３. ３微泡發生器內三相流流動分析/ ６９
３. ３. １紊流流動/ ６９
３. ３. ２射流傳質/ ７０
３. ３. ３相間耦合/ ７０
３. ３. ３. １氣液相間的動量傳遞/ ７１
３. ３. ３. ２氣固、液固相間的動量傳遞/ ７３
３. ３. ３. ３相間湍流相互作用/ ７３
３. ３. ３. ４相內作用/ 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瞬態方程組/ ７６
３. ４. ２時均方程組/ ７８
３. ４. ３湍流封閉模型/ ８０
３. ５常數及符號/ ８４
３. ６本章小結/ ８５
 
第四章基於ＣＦＤ 的數值模擬分析/ ８７
４. １ＣＦＤ 概述及ＦＬＵＥＮＴ 軟件/ ８８
４. １. １ＣＦＤ 的發展概況/ ８８
４. １. ２ＣＦＤ 數值模擬方法及主要流程/ ８８
４. １. ３ＦＬＵＥＮＴ 軟件簡述/ ９０
４. ２微泡發生器中的兩相流數值模擬/ ９１
４. ２. １計算域及數值計算模型/ ９１
４. ２. ２邊界條件及基本參數/ ９２
４. ２. ３數值模擬結果分析/ ９３
４. ３微泡發生器中的三相流數值模擬/ ９８
４. ３. １微泡發生器總體結構/ ９８
４. ３. ２數值計算邊界條件/ ９９
４. ３. ３三相流的基本參數/ ９９
４. ３. ４計算域、控製方程和計算方法/ ９９
４. ３. ５仿真模擬與計算分析/ １００
４. ３. ５. １噴嘴處礦漿噴射速度的仿真模擬與計算分析/１００
４. ３. ５. ２速度分佈/ １０１
４. ３. ５. ３壓力分佈/ １０７
４. ３. ５. ４湍動能分佈/ １１０
４. ３. ５. ５各相份額及分佈/ １１１
４. ４本章總結/ １１３
 
第五章浮選柱數學模型及微泡礦化機理研究/ １１４
５. １浮選速率方程/ １１４
５. ２浮選柱內礦粒的滯留時間/ １１５
５. ３微泡礦化力學機理研究/ １１５
５. ３. １單個礦粒與單微泡的附著/ １１６
５. ３. ２礦粒群與單微泡的附著/ １１８
５. ３. ３單層附著/ １１８
５. ３. ４多層附著/ １２０
５. ４礦化微泡的特性/ １２３
５. ４. １礦化微泡等速方程/ １２３
５. ４. ２空氣與礦漿的流速比/ １２３
５. ４. ３礦化微泡密度/ １２４
５. ４. ４礦化微泡直徑/ １２５
５. ５微泡礦化的影響因素/ １２６
５. ５. １礦粒疏水性對微泡礦化的影響/ １２６
５. ５. ２微泡直徑對微泡礦化的影響/ １２６
５. ５. ３礦粒粒度對微泡礦化的影響/ １２７
５. ６本章小結/ １２７
 
第二部分應用實例
第六章射流式微泡發生器性能實驗研究/ １３１
６. １實驗裝置/ １３１
６. ２設計特點/ １３３
６. ３實驗結果分析/ １３３
６. ３. １工藝參數的實驗研究/ １３３
６. ３. １. １介質流量及其壓力的影響/ １３４
６. ３. １. ２背壓的影響/ １３６
６. ３. １. ３進氣量的影響/ １３７
６. ３. １. ４充氣壓力的影響/ １３８
６. ３. ２結構參數的實驗研究/ １３９
６. ３. ２. １噴嘴到喉管入口間距的影響/ １３９
６. ３. ２. ２喉管結構形式及長徑比的影響/ １４２
６. ３. ２. ３孔板(或篩網) 的影響/ １４３
６. ３. ２. ４擴散管接入方式的影響/ １４４
６. ４本章總結/ １４６
 
第七章旋流式微泡發生器/ １４７
７. １旋流式微泡發生器的設計與仿真/ １４７
７. １. １旋流式微泡發生器的工作原理/ １４７
７. １. ２旋流式微泡發生器的主要參數/ １４８
７. １. ２. １入水口直徑/ １４８
７. １. ２. ２內腔直徑/ １４９
７. １. ２. ３空氣吸口直徑/ １４９
７. １. ２. ４混合物出口直徑/ １４９
７. １. ３旋流式微泡發生器的三維仿真分析/ １４９
７. １. ３. １旋流式微泡發生器的三維建模/ １５０
７. １. ３. ２旋流式微泡發生器的仿真參數設定/ １５０
７. １. ３. ３反應流場特性的幾個主要參數/ １５１
７. １. ３. ４旋流自吸式微泡發生器內腔直徑的參數設計/１５２
７.１.３.５旋流自吸式微泡發生器空氣吸口直徑的參數設計/１５７
 ７.１.３.６旋流自吸式微泡發生器混合物出口直徑的參數設計/１６１
７. １. ３. ７最終模型確定/ １６３
７. １. ３. ８仿真小結/ １６３
７. ２旋流式微泡發生器的實驗研究/ １６４
７. ２. １旋流式微泡發生器的實物加工/ １６４
７. ２. ２實驗原理與裝置/ １６６
７. ２. ３微泡尺寸與工況參數的關係/ １６７
７. ２. ４實驗小結/ １７２
 
第八章混流式微泡發生器的性能研究/ １７３
８. １混流式微泡發生器的設計與仿真/ １７３
８. １. １混流式微泡發生器的基本結構/ １７３
８. １. ２混流式微泡發生器的工作原理/ １７５
８. １. ２. １基本性能方程/ １７５
８. １. ２. ２充氣性能方程/ １７８
８. １. ３混流式微泡發生器基本性能的評價方法/ １８０
８. １. ３. １混流式微泡發生器內部流場流型/ １８０
８. １. ３. ２微泡尺寸計算與測試/ １８３
８. ２混流式微泡發生器內流場數值模擬/ １８６
８. ２. １微泡發生器內部三相流場仿真研究/ １８６
８. ２. ２仿真結果分析/ １８７
８. ２. ２. １噴嘴性能分析與評價/ １８７
８. ２. ２. ２喉管性能分析與評價/ １９４
８. ２. ２. ３擴散管性能分析與評價/ ２００
８. ２. ２. ４浮選柱高度對微泡發生器性能的影響/ ２０３
８. ２. ３仿真小結/ ２０４
 
第九章自吸式剪切流微孔微泡發生器的研究/ ２０５
９. １影響微孔成泡的因素/ ２０５
９. １. １孔口特性的影響/ ２０５
９. １. ２氣室體積的影響/ ２０６
９. １. ３浸沒深度的影響/ ２０７
９. １. ４液體的表面張力和氣孔的潤濕性的影響/ ２０７
９. １. ５液體粘度的影響/ ２０８
９. １. ６液體密度的影響/ ２０８
９. １. ７氣體流率的影響/ ２０９
９. １. ８連續相速度的影響/ ２１０
９. ２在剪切流下的小孔成泡/ ２１１
９. ２. １單個成泡/ ２１１
９. ２. ２脈動成泡/ ２１２
９. ２. ３噴射成泡/ ２１２
９. ２. ４氣穴成泡/ ２１３
９. ３文丘里管/ ２１３
９. ４多孔材料/ ２１５
９. ４. １有機泡沫浸漬法/ ２１５
９. ４. ２發泡法/ ２１６
９. ４. ３添加造孔劑法/ ２１６
９. ５自吸式剪切流微孔微泡發生器的仿真分析/ ２１７
９. ５. １文丘里式－多孔介質微泡發生器的結構研究/ ２１８
９. ５. ２使用ＦＬＵＥＮＴ 對自吸式剪切流微孔微泡發生器的選優設計/ ２１８
９. ５. ２. １已知數據/ ２１８
９. ５. ２. ２模型簡化/ ２１９
９. ５. ２. ３數值模擬參數設置/ ２１９
９. ５. ２. ４入口半錐角α 的優化/ ２２０
９. ５. ２. ５出口半錐角對β 的優化/ ２２３
９. ５. ２. ６喉管長度ｌ 的確定/ ２２７
９.５.２.７陶瓷微孔膜管內徑ｄ 對微泡發生器性能的影響/２３０
９. ５. ２. ８氣室空氣入口數量的確定/ ２３２
９. ５. ２. ９最終使用模型的確定/ ２３３
９. ５. ３仿真小結/ ２３４
９. ６自吸式剪切流微孔微泡發生器的實驗研究/ ２３５
９. ６. １實驗裝置/ ２３５
９. ６. ２自吸狀態下水流速度與微泡大小和含氣率之間的關係/ ２ 
９. ６. ３氣流率和剪切流速度對微泡粒徑的影響/ ２３７
９. ６. ４實驗小結/ ２３８
 
第十章微泡發生器性能分析評價系統研發/ ２３９
１０. １系統概述/ ２３９
１０. １. １系統開發相關工具/ ２３９
１０. １. ２系統總體結構/ ２４１
１０. ２參數化建模及網格劃分模塊/ ２４１
１０. ２. １微泡發生器結構的參數化/ ２４２
１０. ２. ２模塊實現方法/ ２４４
１０. ２. ３參數化建模及網格劃分模塊開發/ ２４７
１０. ３分析求解及操作參數離散化模塊/ ２５１
１０. ３. １模塊實現方法/ ２５１
１０. ３. ２求解模塊開發/ ２５３
１０. ３. ３操作參數離散化開發/ ２５６
１０. ４性能評價模塊開發/ ２５７
１０. ４. １模塊實現方法/ ２５７
１０. ４. ２模塊開發/ ２５８
１０. ５數據管理模塊/ ２５９
１０. ５. １模塊實現方法/ ２５９
１０. ５. ２數據庫設計/ ２５９
１０. ５. ３數據查詢模塊開發/ ２６２
１０. ６性能分析實例/ ２６３
１０. ７研發小結/ ２６４
 
第三部分電導法檢測液位、泡沫層的研究
第十一章檢測液位、泡沫層及其傳感器研究/ ２６８
１１. １泡沫層厚度、液位高度對浮選的影響/ ２６８
１１. １. １泡沫層結構/ ２６８
１１. １. ２泡沫層性質/ ２６９
１１. １. ３液位高度對浮選的影響/ ２７０
１１. ２浮選柱液位檢測方法分析/ ２７１
１１. ３電導式浮選液位傳感器的研究/ ２７４
１１.３. １電導率液位檢測法原理/ ２７５
１１. ３. ２靜態礦漿與礦化泡沫物理特性的研究/ ２７６
１１. ３. ３小型浮選槽試驗/ ２７８
１１. ３. ４試驗結論/ ２８２
１１. ４電導式浮選液位傳感器的設計/ ２８２
１１. ４. １檢測原理/ ２８３
１１. ４. ２電導率液位傳感器結構設計/ ２８３
１１. ４. ３電導率液位傳感器控製電路設計/ ２８５
１１. ４. ４傳感器檢測電路和Ａ/ Ｄ 轉換電路精度測試/ ２８７
１１. ５本章小結/ ２８９
１２ 微泡發生器流體動力學機理及其仿真與應用
 
第十二章檢測裝置設計/ ２９１
１２. １電阻式遠傳壓力表/ ２９２
１２. ２檢測裝置硬件實現/ ２９３
１２. ２. １控製芯片的選擇/ ２９３
１２. ２. ２時鐘電路與復位電路/ ２９４
１２. ２. ３Ａ/ Ｄ 轉換電路/ ２９５
１２. ２. ４串口通信電路/ ２９６
１２. ２. ５鍵盤與顯示電路/ ２９８
１２. ２. ６系統電源/ ２９９
１２. ３檢測軟件設計/ ２９９
１２. ３. １數字濾波/ ３０１
１２. ３. ２檢測系統初始化/ ３０２
１２. ３. ３壓力檢測程序/ ３０３
１２. ３. ４液位傳感器的信號採集及預處理程序/ ３０３
１２. ３. ５液位高度及泡沫層厚度判定程序/ ３０４
１２. ３. ６報警程序/ ３０７
１２. ３. ７串行中斷程序/ ３０８
１２. ３. ８上位機程序設計/ ３０９
１２. ３. ８. １Ｗｉｎｄｏｗｓ 環境下串行通信的實現/ ３
１２. ３. ８. ２上位機監測系統的功能要求/ ３１１
１２. ３. ８. ３上位機程序的實現/ ３１１
１２. ４實際檢測實驗/ ３１２
１２. ４. １工作背壓對微泡發生器性能的影響/ ３１３
１２. ４. ２微泡發生器工作壓力對泡沫層厚度的影響/ ３１５
１２. ４. ３進氣閥開度對泡沫層的影響/ ３１８
１２. ５本章小結/ ３２０
 
第十三章總結與展望/ ３２１
１３. １研究成果/ ３２１
１３. ２展望/ ３２３
 
參考文獻/ ３２４
總結與展望/ ３３５
 

序

　　隨著經濟的增長、人口的增加、工業化和城市化的發展，礦物資源消耗越來越多，人類將面臨資源枯竭的危險，由於礦物資源的不斷被開發利用，品位低、嵌布粒度細、共生礦、組成複雜的難選礦所占比例日益增大。資源高效綜合利用、微細粒礦物選別、再生資源利用、尾礦再選等，已經成為２１世紀人類面臨的重要任務。