ＳｅＪｒｕｉｌｅｙｓꢀ Ｎ２ｏ０１４２３３ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ２０总１２第年 ４第３３７期期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ＭＥＴＡＬ ＭＩＮＥ ꢀ 基于 ＦＬＵＥＮＴ 的浮选柱旋流分选结构数值模拟 ꢀ １ ， ２ ３ ꢀ 刘 炯 天 翟 爱 峰 １ 广 州 有 色 金 属 研 究 院 ； ２ 稀 有 金 属 分 离 与 综 合 利 用 国 家 重 点 实 验 室 ； ３ 中 国 矿 业 大 学 化 工 学 院 ） （ 摘 ꢀ 要 ꢀ 为 了 保 障 大 型 工 业 应 用 旋 流 － 静 态 微 泡 浮 选 柱 的 旋 流 分 选 效 果 ， 设 计 了 多 旋 流 分 选 结 构 来 代 替 原 先 的 单 旋 流 分 选 结 构 ， 利 用 ＦＬＵＥＮＴ 软 件 对 这 ２ 种 旋 流 分 选 结 构 进 行 的 数 值 模 拟 和 对 比 分 析 表 明 ， 多 旋 流 分 选 结 构 入 料 横 截 面 与 中 心 纵 剖 面 的 速 度 都 明 显 高 于 单 旋 流 结 构 ， 因 而 其 中 的 旋 流 力 场 和 矿 物 浮 选 速 度 也 大 于 单 旋 流 结 构 ； 多 旋 流 分 选 结 构 浮 选 柱 内 部 的 湍 流 强 度 明 显 高 于 单 旋 流 结 构 浮 选 柱 ， 所 以 多 旋 流 结 构 更 有 利 于 强 化 气 泡 矿 化 效 果 ， 提 高 微 细 矿 物 的 分 选 指 标 。 关 键 词 ꢀ 浮 选 柱 ꢀ 旋 流 分 选 ꢀ 数 值 模 拟 ꢀ 多 旋 流 Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｙｃｌｏｎｉｃ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ Ｆｌｏｔａｔｉｏｎ Ｃｏｌｕｍｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦＬＵＥＮＴ Ｓｏｆｔｗａｒｅ １ ， ２ ３ Ｚｈａｉ Ａｉｆｅｎｇ ꢀ Ｌｉｕ Ｊｉｏｎｇｔｉａｎ （ １ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ Ｍｅｔａｌｓ； ２ Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｒａｒｅ Ｍｅｔａｌｓ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ；３ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ） Ａｂｓｔｒａｃｔꢀ Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ａｓｓｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｃｙｃｌｏｎｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｃｙｃｌｏｎｉｃｓｔａｔｉｃ ｍｉｃｒｏｂｕｂｂｌｅ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ ｃｏｌｕｍｎ ｆｏｒ ｌａｒｇｅｓｃａｌｅ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ， ｍｕｌｔｉｃｙｃｌｏｎｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｏ ｒｅｐｌａｃｅ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｓｉｎｇｌｅ ｃｙｃｌｏｎｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｃｙｃｌｏｎｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ WWW.KY114.CN ｂｙ ＦＬＵＥＮＴ ｓｏｆｔｗａｒｅ， ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ： Ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｆ ｍｕｌｔｉｃｙｃｌｏｎｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｅｎｔｒａｌ ｌｏｎ ｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｐｒｏｆｉｌｅ ｉｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｓｉｎｇｌｅ ｃｙｃｌｏｎｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ｓｏ ｉｔｓ ｃｙｃｌｏｎｉｃ ｆｏｒｃｅ ｆｉｅｌｄ ａｎｄ ｍｉｎｅｒａｌ ｆｌｏｔａ ｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｉｓ ｂｉｇｇｅｒ ｔｈａｎ ｓｉｎｇｌｅ ｃｙｃｌｏｎｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｓ ａｌｓｏ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｓｔｒｏｎｇｅｒ ｔｈａｎ ｓｉｎｇｌｅ ｃｙｃｌｏｎｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ｓｏ ｍｕｌｔｉｃｙｃｌｏｎｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｍｏｒｅ ｂｅｎｅｆｉｃｉａｌ ｔｏ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｆｉｎｅ ｍｉｎｅｒａｌ Ｋｅｙｗｏｒｄｓꢀ Ｆｌｏｔａｔｉｏｎ ｃｏｌｕｍｎ， Ｃｙｃｌｏｎｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ， Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ， Ｍｕｌｔｉｃｙｃｌｏｎｉｃ ꢀ ꢀ 旋 流 － 静 态 微 泡 浮 选 柱 与 国 内 外 常 规 浮 选 柱 的 ［ １］ ， 将 离 主 要 区 别 在 于 其 底 部 引 入 了 旋 流 分 选 机 制 心 力 场 引 入 浮 选 过 程 中 ， 可 以 有 效 降 低 浮 选 粒 度 下 限 、 提 高 浮 选 速 度 、 扩 大 处 理 能 力 ２３］ 。 为 了 适 应 浮 选 柱 大 型 化 发 展 趋 势 并 保 证 柱 体 底 部 的 强 旋 流 分 选 效 果 ， 在 大 型 旋 流 － 静 态 微 泡 浮 选 柱 中 设 计 有 由 多 组 小 直 径 旋 流 分 选 单 元 组 成 的 新 型 结 构 系 统 。 为 了 深 化 这 ２ 种 分 选 结 构 理 论 并 预 测 二 者 工 业 应 用 的 效 果 ， 本 研 究 采 用 国 际 上 广 泛 应 用 的 流 体 力 学 计 算 及 模 拟 软 件 ＦＬＵＥＮＴ 对 单 旋 流 和 多 旋 流 分 选 系 统 进 行 了 模 拟 与 分 析 。 ［ 图 １ꢀ 单 旋 流 分 选 结 构  国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 （ ９７３ 计 划 ） 项 目 （ 编 号 ： １ ꢀ 旋 流 分 选 结 构 工 业 应 用 的 单 旋 流 分 选 结 构 浮 选 柱 底 部 流 体 三 ２ ０１０ＣＢ７３５５０１， ２０１２ＣＢ２１４９０５） 。 翟 爱 峰 （ １９８１— ） ， 男 ， 博 士 ， ５１０６５１ 广 东 省 广 州 市 天 河 区 长 兴 路 ３６３ 维 模 拟 图 见 图 １， 新 设 计 的 多 旋 流 分 选 结 构 浮 选 柱 号 。 · １３６· ꢀ ꢀ ꢀ 翟 爱 峰 等 ： 基 于 ＦＬＵＥＮＴ 的 浮 选 柱 旋 流 分 选 结 构 数 值 模 拟 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ２０１２ 年 第 ７ 期 底 部 流 体 三 维 模 拟 图 见 图 ２。 数 据 。 （ ３） 整 个 模 拟 过 程 为 等 温 流 动 ， 无 热 量 传 递 。 ２  ２ꢀ 湍 流 数 值 计 算 模 型 ＦＬＵＥＮＴ 软 件 提 供 了 Ｓｐａｌａｒｔ － Ａｌｌｍａｒａｓ 模 型 、 标 准 ｋ － ε 模 型 、 ＲＮＧ ｋ － ε 模 型 等 ８ 种 湍 流 模 型 ， 其 中 工 程 上 计 算 机 模 拟 方 法 常 用 的 是 标 准 ｋ － ε 模 型 ， 该 模 型 对 于 壁 面 流 动 ， 在 零 或 者 小 于 平 均 压 力 梯 度 下 的 模 拟 结 果 与 实 验 结 果 较 符 合 ， 因 而 本 研 究 选 用 标 准 ｋ －湍 ε流模动型能来输进运行方模程拟（ 。ｋ 方 程 ） ６］ 为 ［   （ ρｋ） ＋ ｋ （ ρｋｕｉ ） ＝ 图 ２ꢀ 多 旋 流 分 选 结 构  ｔ ｘｉ 从 图 １、 图 ２ 可 以 看 出 ， 多 旋 流 分 选 结 构 浮 选 柱 底 部 流 体 的 运 动 明 显 复 杂 于 单 旋 流 分 选 结 构 浮 选 柱 ， 相 当 于 将 单 个 大 旋 流 设 计 成 ４ 个 单 独 的 小 旋 流 。 一 般 将 旋 流 力 场 强 度 与 重 力 加 速 度 的 比 值 称 作  μ ｔ ＋ Ｇｋ ＋ Ｇｂ － ρε ＋ Ｓｋ ， （ ２） [ ( μ ＋ ) ] ｘ ｘ ｊ σ ｊ ｋ 湍 流 动 能 耗 散 输 运 方 程 （ ε 方 程 ） 为    μ ε ｔ ｔ（ ρε） ＋ ｘ ｉ （ ρεｕｉ ） ＝ ｘ ｘ ] ＋ 离 心 强 度 ， 用 Ｚ 表 示 ４］ ， ［ [ ( μ ＋ ) ｊ σ ｊ ε ２ ２ Ｚ ＝ ｖ ／ （ ｒｇ） ， （ １） ε ε Ｃ１ε （ Ｇｋ ＋ Ｃ３εＧｂ ） － Ｃ２ερ ＋ Ｓε． （ ３） ２ ｋ ｋ 式 中 ， ｇ 为 重 力 加 速 度 ， ｍ／ ｓ ； ｖ 为 旋 流 结 构 的 切 向 入 料 速 度 ， ｍ／ ｓ； ｒ 为 旋 流 结 构 的 半 径 ， ｍ。 ３ 式 中 ， ｔ 为 时 间 ， ｓ； ρ 为 流 体 密 度 ， ｋｇ ／ ｍ ； ｋ 为 单 位 质 ２ ２ 量 的 湍 流 动 能 ， ｍ ／ ｓ ； ｕ 为 流 体 速 度 ， ｍ／ ｓ； μ 为 动 力 通 常 情 况 下 ， 为 旋 流 － 静 态 微 泡 浮 选 柱 提 供 旋 流 分 选 动 力 的 中 矿 循 环 泵 的 功 率 是 稳 定 的 ， 因 此 式 ｉ 为 湍 流 黏 度 ， 黏 度 ， Ｐａ· ｓ； μ ｔ ２ （ １） 中 的 ｖ 基 本 保 持 W 不 变 ， 所 W 以 随 着 W 旋 流 分 . 选 K 结 构 Y114.CN ｋ μ ε μ ＝ ρＣ  （ ４） ｔ 半 径 ｒ 的 增 大 ， 其 离 心 强 度 Ｚ 会 降 低 。 结 合 图 １、 图 式 中 ， Ｃ 是 常 量 ； ε 为 单 位 质 量 的 湍 流 动 能 耗 散 率 ， ２ （ 两 柱 体 半 径 均 为 ２ ０００ ｍｍ） ， 单 旋 流 分 选 结 构 的 μ ３ Ｊ／ （ ｋｇ· ｓ ／ ｍ） ； Ｇ 为 由 平 均 速 度 梯 度 而 产 生 的 湍 流 半 径 可 以 理 解 为 筒 体 的 半 径 ２ ０００ ｍｍ， 多 旋 流 分 选 结 构 单 个 小 旋 流 的 半 径 仅 为 ６００ ｍｍ。 如 果 忽 略 每 个 小 旋 流 流 体 柱 的 互 相 干 扰 因 素 ， 则 小 旋 流 结 构 中 的 离 心 强 度 Ｚ 是 单 个 大 旋 流 结 构 的 ３ ３３ 倍 ， 因 而 能 够 满 足 大 型 工 业 应 用 浮 选 柱 设 计 时 对 旋 流 力 场 强 度 的 要 求 。 ｋ ２ ２ ２ ２ 动 能 ， ｍ ／ ｓ ； Ｇ 为 由 浮 力 产 生 的 湍 流 动 能 ， ｍ ／ ｓ ； ｂ σ 、 σ 分 别 是 ｋ 方 程 和 ε 方 程 的 湍 流 普 朗 特 数 ； Ｓ 和 ｋ ε ｋ Ｓ 是 自 定 义 的 源 项 ， 因 本 研 究 假 设 流 体 不 可 压 缩 ， ε 所 以 Ｓ 和 Ｓ 设 定 为 ０； Ｃ 、 Ｃ 、 Ｃ 均 为 常 量 。 ｋ ε １ε ２ε ３ε ＦＬＵＥＮＴ 软 件 提 供 的 标 准 ｋ － ε 模 型 的 常 量 为 Ｃ ＝ ε １ ２ ꢀ ＣＦＤ 数 值 模 拟 方 案 １ ４４， Ｃ２ε ＝ １ ９２， Ｃ３ε ＝ １（ 当 主 流 方 向 与 重 力 方 向 平 行 时 ） 或 ０（ 当 主 流 方 向 与 重 力 方 向 垂 直 时 ） ， Ｃ ＝ ０ ０９， σ ＝ １ ０， σ ＝ １ ３， 它 们 是 人 们 从 试 验 中 本 研 究 数 值 模 拟 流 程 主 要 分 为 ２ 部 分 ： 前 处 理 μ 部 分 （ Ｇａｍｂｉｔ） ， 主 要 进 行 物 理 建 模 、 网 格 划 分 及 边 界 条 件 设 定 等 ； 模 拟 计 算 核 心 处 理 部 分 （ ＦＬＵＥＮＴ） 包 含 了 各 种 边 界 的 参 数 设 定 、 数 值 分 析 计 算 、 结 果 绘 图 和 数 据 分 析 等 ５］ 。 ｋ ε 获 得 的 ， 包 括 空 气 、 水 等 流 体 的 基 本 湍 流 。 ２ ３ꢀ 边 界 条 件 ［ 边 界 条 件 是 指 在 求 解 域 的 边 界 上 所 求 解 的 变 量 或 其 导 数 随 地 点 及 时 间 变 化 的 规 律 ， 只 有 给 定 了 合 理 边 界 条 件 的 问 题 才 能 计 算 出 流 场 的 解 。 本 模 拟 的 边 界 条 件 设 置 为 ： ２  １ꢀ 模 拟 假 设 由 于 浮 选 过 程 是 极 其 复 杂 的 三 相 流 体 运 动 过 程 ， 考 虑 到 计 算 机 的 计 算 能 力 及 三 相 流 模 型 构 造 的 复 杂 性 等 实 际 情 况 ， 对 模 型 作 如 下 简 化 ： （ １） 各 结 构 中 流 体 出 口 和 进 口 处 的 半 径 、 速 度 、 压 力 等 数 据 采 用 实 测 值 作 为 初 始 条 件 ； （ （ １） 流 体 假 定 为 单 相 流 ， 即 液 相 。 ２） 计 算 流 体 不 可 压 缩 ， 采 用 常 温 下 水 的 物 性 （ ２） 所 有 壁 面 上 施 加 无 滑 移 边 界 条 件 ， 即 壁 面 · １３７· 总 第 ４３３ 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ２０１２ 年 第 ７ 期 上 所 有 速 度 分 量 都 为 零 。 用 ， 大 部 分 给 矿 只 是 经 过 一 些 阻 碍 后 继 续 向 柱 体 下 部 运 动 ； 图 ５（ ｂ） 多 旋 流 柱 体 流 线 图 显 示 ， 从 柱 体 顶 部 向 下 给 入 的 流 体 与 多 旋 流 力 场 向 上 发 展 而 形 成 的 向 上 运 动 的 流 体 在 柱 体 给 料 管 下 部 发 生 碰 撞 ， 这 种 碰 撞 会 促 使 两 股 流 中 的 气 泡 和 矿 物 发 生 逆 流 碰 撞 与 矿 化 ， 因 而 ， 多 旋 流 结 构 浮 选 柱 给 料 位 置 下 端 的 逆 流 碰 撞 矿 化 效 果 强 于 单 旋 流 结 构 ， 更 有 利 于 提 高 实 际 矿 物 分 选 的 效 果 。 ２  ４ꢀ 几 何 体 构 建 及 网 格 划 分 为 了 准 确 模 拟 出 旋 流 分 选 结 构 中 的 内 部 流 场 ， 本 研 究 选 用 三 维 模 型 ， 其 几 何 体 采 用 Ｇａｍｂｉｔ 来 构 建 ， 网 格 类 型 主 要 采 用 四 面 体 和 六 面 体 ， 最 终 划 分 出 的 单 旋 流 和 多 旋 流 局 部 的 网 格 见 图 ３ 和 图 ４， 其 中 单 旋 流 结 构 （ 包 括 柱 体 ） 的 网 格 数 为 １ ０３１ ５７５个 ， 多 旋 流 结 构 （ 包 括 柱 体 ） 的 网 格 数 为 １ ８２１ １４９个 。 ３ ２ꢀ 入 料 口 横 截 面 全 速 度 等 值 线 模 拟 分 析 和 矢 量 分 析 单 旋 流 和 多 旋 流 入 料 口 横 截 面 全 速 度 等 值 线 模 拟 图 见 图 ６， 单 旋 流 和 多 旋 流 入 料 口 横 截 面 全 速 度 矢 量 图 见 图 ７。 图 ３ꢀ 单 旋 流 局 部 网 格 图 图 ６ꢀ 单 旋 流 和 多 旋 流 入 料 口 横 截 面 的 全 速 度 等 值 线 图 图 ４ꢀ W多 旋 流 局W部 网 格 图W.KY114.CN ３ ꢀ 速 度 模 拟 结 果 及 对 比 分 析 ３  １ꢀ 柱 体 中 心 纵 剖 面 全 速 度 流 线 模 拟 分 析 单 旋 流 柱 体 和 多 旋 流 柱 体 中 心 纵 剖 面 全 速 度 流 线 模 拟 图 见 图 ５。 图 ７ꢀ 单 旋 流 和 多 旋 流 入 料 口 横 截 面 的 全 速 度 矢 量 图 由 图 ６、 图 ７ 可 以 看 出 ， 无 论 是 单 旋 流 结 构 还 是 多 旋 流 结 构 ， 它 们 的 旋 流 入 料 都 是 沿 旋 流 壁 面 切 向 进 入 的 ， 因 此 两 个 结 构 整 个 横 截 面 上 的 速 度 方 向 也 基 本 是 以 切 向 速 度 为 主 ， 且 都 是 旋 流 壁 面 处 流 体 的 速 度 最 高 ， 随 后 因 为 不 同 速 度 流 体 间 会 产 生 相 互 阻 滞 等 作 用 ， 导 致 越 接 近 旋 流 的 中 心 速 度 就 越 低 。 图 ６ 显 示 ， 多 旋 流 结 构 中 呈 浅 色 的 低 速 区 只 占 整 个 横 截 面 中 心 的 一 小 块 区 域 ， 而 单 旋 流 结 构 中 呈 浅 色 的 低 速 区 占 整 个 横 截 面 的 比 例 明 显 比 多 旋 流 结 构 的 大 。 图 ７ 显 示 ， 多 旋 流 结 构 中 旋 流 中 心 附 近 流 体 的 切 向 速 度 明 显 高 于 单 旋 流 中 心 附 近 流 体 的 切 向 速 度 ， 因 此 ， 整 个 多 旋 流 入 料 横 截 面 流 体 的 速 度 比 单 图 ５ꢀ 单 旋 流 柱 体 和 多 旋 流 柱 体 中 心 纵 剖 面 的 全 速 度 流 线 图 ꢀ ꢀ 图 ５（ ａ） 单 旋 流 柱 体 流 线 图 显 示 ， 单 旋 流 柱 体 中 从 顶 部 向 下 给 入 的 流 体 并 未 受 到 足 够 的 对 流 碰 撞 作 · １３８· ꢀ ꢀ ꢀ 翟 爱 峰 等 ： 基 于 ＦＬＵＥＮＴ 的 浮 选 柱 旋 流 分 选 结 构 数 值 模 拟 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ２０１２ 年 第 ７ 期 旋 流 整 个 横 截 面 的 大 ， 这 就 形 成 多 旋 流 结 构 中 的 旋 流 力 场 强 于 单 旋 流 结 构 。 ３  ３ꢀ 单 旋 流 与 多 旋 流 单 元 中 心 纵 剖 面 全 速 度 等 值 线 分 析 单 旋 流 单 元 中 心 纵 剖 面 全 速 度 等 值 线 图 见 图 ， 多 旋 流 单 元 中 心 纵 剖 面 全 速 度 等 值 线 图 见 图 ９。 ８ 图 １０ꢀ 浮 选 柱 中 心 纵 剖 面 的 湍 流 强 度 等 值 线 图 图 ８ꢀ 单 旋 流 单 元 中 心 纵 剖 面 全 速 度 等 值 线 图 图 １１ꢀ 浮 选 柱 特 征 横 截 面 的 湍 流 强 度 等 值 线 图 图 １１ 显 示 ， 多 旋 流 结 构 浮 选 柱 ７ 个 不 同 特 征 高 度 上 都 存 在 一 定 面 积 的 高 湍 流 强 度 区 域 （ 图 中 的 白 色 区 ） ； 单 旋 流 结 构 浮 选 柱 各 高 度 横 截 面 上 湍 流 强 度 则 较 小 ， 所 以 多 旋 流 结 构 浮 选 柱 内 的 湍 流 强 度 要 高 于 单 旋 流 柱 内 的 湍 流 强 度 。 因 此 ， 多 旋 流 结 构 更 有 利 于 强 化 气 泡 矿 化 效 果 ， 提 高 微 细 矿 物 的 分 选 指 标 。 图 ９ꢀ 多 旋 流 单 元 中 心 纵 剖 面 全 速 度 等 值 线 图 WWW.KY114.CN 图 ８ 显 示 ， 单 旋 流 结 构 除 切 向 入 口 和 底 部 旋 流 出 口 的 速 度 较 大 之 外 （ 图 中 白 色 区 域 ） ， 其 余 均 为 低 速 度 区 域 （ 图 中 深 色 区 域 ） 。 图 ９ 显 示 ， 多 旋 流 单 元 内 除 了 切 向 入 口 和 旋 流 出 口 速 度 较 大 外 （ 图 中 白 色 区 域 ） ， 还 存 在 较 大 范 围 的 中 等 速 度 区 域 （ 图 中 深 色 区 域 ） ， 因 而 多 旋 流 单 元 内 的 矿 物 浮 选 速 度 较 快 。 ５ꢀ 结 ꢀ 论 （ １） 多 旋 流 结 构 入 料 横 截 面 的 流 体 全 速 度 和 切 ４ ꢀ 湍 流 强 度 模 拟 结 果 及 对 比 分 析 流 体 的 旋 转 运 动 会 产 生 涡 流 ， 从 物 理 结 构 上 看 ， 向 速 度 都 明 显 大 于 单 旋 流 入 料 横 截 面 ， 因 而 多 旋 流 结 构 中 的 旋 流 力 场 强 于 单 旋 流 结 构 ， 它 对 矿 物 的 旋 流 分 选 效 果 也 更 好 ； 小 旋 流 单 元 中 心 纵 剖 面 流 体 的 速 度 明 显 高 于 单 个 大 旋 流 单 元 中 心 纵 剖 面 ， 所 以 多 旋 流 结 构 内 部 的 矿 物 浮 选 速 度 高 于 单 旋 流 结 构 。 （ ２） 因 多 旋 流 力 场 的 强 度 高 于 单 旋 流 ， 其 产 生 的 涡 流 作 用 也 较 强 ， 所 以 多 旋 流 结 构 浮 选 柱 内 的 湍 流 强 度 明 显 高 于 单 旋 流 结 构 浮 选 柱 。 多 旋 流 结 构 内 高 湍 流 强 度 的 存 在 有 助 于 保 证 矿 物 颗 粒 的 分 散 与 悬 浮 ， 并 强 化 气 泡 的 矿 化 效 果 。 这 些 不 同 尺 度 涡 流 相 叠 合 就 会 形 成 湍 流 ， 湍 流 的 特 性 是 其 中 物 理 量 的 脉 动 ８］ ， 包 括 动 量 、 质 量 、 热 量 等 的 输 送 作 用 。 浮 选 设 备 中 存 在 一 定 程 度 的 湍 流 强 度 对 于 矿 物 颗 粒 的 悬 浮 、 药 剂 的 混 合 、 气 泡 与 颗 粒 的 碰 撞 等 是 有 利 的 ９］ 。 单 旋 流 结 构 浮 选 柱 与 多 旋 流 结 构 浮 选 柱 中 心 纵 剖 面 的 湍 流 强 度 等 值 线 图 见 图 １０， 单 旋 流 结 构 浮 选 柱 与 多 旋 流 结 构 浮 选 柱 特 征 横 截 面 的 湍 流 强 度 等 值 线 图 见 图 １１。 ［ ［ 图 １０ 显 示 ， 多 旋 流 结 构 浮 选 柱 内 部 存 在 较 大 范 围 的 高 强 度 湍 流 区 域 （ 图 中 的 白 色 区 ） ； 而 单 旋 流 结 构 浮 选 柱 内 部 不 存 在 高 湍 流 强 度 区 域 。 （ ３） 通 过 ＦＬＵＥＮＴ 软 件 对 旋 流 － 静 态 微 泡 浮 选 柱 的 多 旋 流 和 单 旋 流 分 选 结 构 开 展 的 数 值 模 拟 研 究 ， 方 便 、 快 捷 地 实 现 了 对 ２ 种 不 同 旋 流 分 选 结 构 中 · １３９· 总 第 ４３３ 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ２０１２ 年 第 ７ 期 选 ［ Ｊ］  矿 业 研 究 与 开 发 ， ２０００， ２０（ ６） ： ２３２５ 流 体 力 学 状 况 的 预 测 及 对 比 分 析 ， 为 旋 流 － 静 态 微 ［ ［ ［ ５］ ꢀ 韩 中 忠 ， 王 ꢀ 敬 ， 兰 小 平  ＦＬＵＥＮＴ 流 体 工 程 仿 真 计 算 实 例 与 应 用 ［ Ｍ］  北 京 ： 北 京 理 工 大 学 出 版 社 ， ２００４ 泡 浮 选 柱 的 结 构 优 化 设 计 奠 定 了 理 论 基 础 ， 对 工 业 应 用 矿 物 分 选 的 指 标 预 测 具 有 一 定 的 指 导 意 义 。 ６］ ꢀ 刘 ꢀ 峰 ， 钱 爱 军  重 介 质 旋 流 器 流 场 的 计 算 流 体 力 学 模 拟 ［ Ｊ］  选 煤 技 术 ， ２００４（ ５） ： １０１５ 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 ７］ ꢀ 阎 ꢀ 超  计 算 流 体 力 学 方 法 及 应 用 ［ Ｍ］  北 京 ： 北 京 航 空 航 天 大 学 出 版 社 ， ２００６ ［ ［ ［ ［ １］ ꢀ 刘 炯 天  旋 流 － 静 态 微 泡 柱 分 选 方 法 及 应 用 （ 之 四 ） ——— 旋 流 力 场 分 离 与 强 化 回 收 机 制 ［ Ｊ］  选 煤 技 术 ， ２０００（ ４） ： １４ ［ ８］ ꢀ 王 福 军  计 算 流 体 动 力 学 分 析 — ＣＦＤ 软 件 原 理 与 应 用 ［ Ｍ］  北 京 ： 清 华 大 学 出 版 社 ， ２００４ ２］ ꢀ 康 文 泽 ， 沈 笑 君 ， 郭 ꢀ 德 ， 等  离 心 力 场 强 化 煤 泥 浮 选 的 研 究 ［ Ｊ］  黑 龙 江 矿 业 学 院 学 报 ， １９９７， ７（ １） ： ２６２９ ［ ９］ ꢀ 曾 克 文  浮 选 槽 内 矿 浆 紊 流 强 度 对 浮 选 影 响 的 理 论 及 应 用 研 ３］ ꢀ 刘 炯 天 ， 王 永 田 ， 曹 亦 俊 ， 等  浮 选 柱 技 术 的 研 究 现 状 及 发 展 趋 势 ［ Ｊ］  选 煤 技 术 ， ２００６（ ５） ： ２５２９ 究 ［ Ｄ］  长 沙 ： 中 南 大 学 ， ２００１ （ 收 稿 日 期 ꢀ ２０１２０５０４） ４］ ꢀ 张 文 军 ， 欧 泽 深  旋 流 微 泡 浮 选 柱 中 的 旋 流 离 心 力 场 强 化 分 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 （ 上 接 第 １２２ 页 ） ꢀ ꢀ 下 面 对 巡 检 机 器 人 的 运 动 学 模 型 加 以 描 述 。 一 般 轮 式 移 动 机 器 人 的 运 动 学 模 型 都 等 价 于 Ｕｎｉｃｙｃｌｅ 类 型 ， 其 中 Ｏ（ ｘ ， ｙ） 是 质 心 的 坐 标 ， θ 表 示 车 体 纵 轴 相 对 于 坐 标 系 横 轴 的 夹 角 ， 即 车 体 的 方 位 角 。 因 此 机 器 人 的 位 姿 Ｐ 的 表 示 如 式 （ １） Ｔ所 示 ： 图 ９ꢀ 智 能 巡 检 机 器 人 主 动 轮 轮 速 控 制 度 。 Ｐ ＝ [ ｘ， ｙ， θ ] ， （ １） ４ ꢀ 结 ꢀ 论 将 智 能 巡 检 机 器 人 运 用 于 现 代 矿 山 的 视 频 监 控 其 中 ， ｘ， ｙ， θ 满 足 ｘ ｃｏｓθ ０ 中 ， 是 对 现 有 的 视 频 监 控 系 统 的 一 个 很 好 的 改 进 ， 通       ｖ   ｙ ＝  ｓｉｎ ０ ， （ ２） 过 移 动 的 智 能 巡 检 机 器 人 可 实 现 矿 山 各 个 环 节 的 全 θ [ ] W  W  W.KY114.CN ω    ０ １ 方 位 监 控 。 同 时 它 也 是 数 字 矿 山 发 展 的 必 然 产 物 ， 具 有 广 阔 的 应 用 空 间 。 θ 式 中 ， （ ｘ， ｙ） 为 机 器 人 质 心 坐 标 ； ｖ 表 示 机 器 人 速 度 ； ω 表 示 机 器 人 的 角 速 度 。 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 智 能 移 动 巡 检 机 器 人 主 动 轮 转 速 控 制 系 统 由 ＤＳＰ２４０７、 驱 动 器 、 电 机 、 编 码 器 构 成 ， 通 过 ＰＩＤ 控 制 器 构 成 一 个 闭 环 的 控 制 系 统 ， 系 统 控 制 原 理 如 图 ９ 所 示 。 该 控 制 系 统 可 实 现 主 动 轮 轮 速 的 闭 环 控 制 ， 即 控 制 系 统 可 将 主 动 轮 轮 速 控 制 在 一 个 恒 定 的 速 ［ １］ ꢀ 左 ꢀ 敏 ， 曾 广 平 ， 涂 序 彦 ， 等  软 件 人 和 机 器 人 协 同 智 能 仿 真 平 台 研 究 ［ Ｊ］  计 算 机 仿 真 ， ２０１１， ２８（ ７） ： ４０４３ ［ ２］ ꢀ 左 ꢀ 敏 ， 曾 广 平 ， 涂 序 彦 ， 等  基 于 平 行 进 化 的 机 器 人 控 制 研 究 ［ Ｊ］  计 算 机 仿 真 ， ２０１１， ２８（ ８） ： ２０２２０５ （ 收 稿 日 期 ꢀ ２０１２０５１１） 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪［ 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 ８］ ꢀ 沈 建 华 ， 郝 立 平  ＳＴＭ３２Ｗ 无 线 射 频 ＺｉｇＢｅｅ 单 片 机 原 理 与 应 用 （ 上 接 第 １３２ 页 ） ［ Ｍ］  北 京 ： 北 京 航 空 航 天 大 学 出 版 社 ， ２０１０ ［ ６］ ꢀ 三 星 电 子  Ｓ３Ｃ６４１０ 用 户 手 册 ［ ＥＢ ／ ＯＬ］ ． ［ ２０１２０４１５］  ｈｔｔｐ： ［ ９］ ꢀ 赵 ꢀ 楚 ， 李 ꢀ 航  泛 在 传 感 器 网 络 下 的 嵌 入 式 网 关 研 究 ［ Ｊ］  网 络 与 信 息 ， ２０１１， ２５（ １１） ： ４０ ∥ ｉｓｈａｒｅ． ｉａｓｋ． ｓｉｎａ． ｃｏｍ． ｃｎ ／ ｆ／ １５１７３８９１． ｈｔｍｌ？ ｒｅｔｃｏｄｅ ＝ ０ ［ ７］ ꢀ 王 ꢀ 廷 ， 焦 斌 亮 ， 纪 丽 猛  基 于 ＳＴＭ３２Ｗ１０８ 的 油 田 无 线 传 感 网 络 设 计 ［ Ｊ］  计 算 机 安 全 ， ２０１１（ ５） ： ３１３４ （ 收 稿 日 期 ꢀ ２０１２０４１１） 檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵 殝 欢 迎 投 稿 ꢀ ꢀ 欢 迎 订 阅 殝檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵 １４０· ·