第五章,斜面流分選理論ppt課件

1、第四章第四章斜面流分選理論斜面流分選理論n概述概述n 借助沿斜面流動(dòng)的水流來進(jìn)行重力選礦借助沿斜面流動(dòng)的水流來進(jìn)行重力選礦的方法稱作斜面流選礦。的方法稱作斜面流選礦。n mmd2010maxmax)31 (dH sm31重選中常見的介質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式有 mm074. 03mmsm1mm074. 0scm2010礦砂溜槽包括礦砂搖床處置，水層只有數(shù)，流速在左右，呈弱紊流。礦泥溜槽礦泥搖床處置，水層只有1mm左右，常稱流膜研究微細(xì)粒子在流膜中選分的理論稱為流膜理論），流速低，多呈層流流動(dòng)。 常用的有槽選法和搖床選礦法，其中平面溜槽、尖縮溜槽、皮帶溜槽、圓錐選礦機(jī)、搖床等設(shè)備，都是以流膜運(yùn)動(dòng)原理為基礎(chǔ)進(jìn)行

2、分選礦物的。 斜面流與垂直流一樣，也是一種松散床層的手段，然而垂直流，紊流程度高，流體動(dòng)力作用強(qiáng)，所以，不利于細(xì)粒礦石的回收。一般小于2mm或0.074mm的物料，不能有效回收。故提出斜面流選礦，由于它紊流程度小，流體動(dòng)力作用小，所以，能有效回收細(xì)粒礦石 水流沿斜面流動(dòng)是在自身的重力沿斜面的分力作水流沿斜面流動(dòng)是在自身的重力沿斜面的分力作用下發(fā)生的，屬于無壓流動(dòng)。阻礙水流運(yùn)動(dòng)的力是用下發(fā)生的，屬于無壓流動(dòng)。阻礙水流運(yùn)動(dòng)的力是流層間的內(nèi)摩擦力和水流與斜槽底面及邊壁間的摩流層間的內(nèi)摩擦力和水流與斜槽底面及邊壁間的摩擦力。擦力。0dldu 0dldu A依流速在沿程是否有變化可以分為等速流和非等依流

3、速在沿程是否有變化可以分為等速流和非等速流，也可以稱為均勻流和非均勻流；即速流，也可以稱為均勻流和非均勻流；即 等速流；等速流； 非等速流； B依沿程某一點(diǎn)的流速是否隨時(shí)間變化可以分為穩(wěn)依沿程某一點(diǎn)的流速是否隨時(shí)間變化可以分為穩(wěn)定流和非穩(wěn)定流：定流和非穩(wěn)定流：0dtdu 0dtdu 穩(wěn)定流； 非穩(wěn)定流 斜面流的流態(tài)同樣有層流和紊流之分。層流:流體質(zhì)點(diǎn)作沿層運(yùn)動(dòng)，層間不發(fā)生交換，但質(zhì)點(diǎn)本身仍可以旋轉(zhuǎn)。紊流:特點(diǎn)是流體內(nèi)存在大小無數(shù)的旋渦，層間質(zhì)點(diǎn)不斷地進(jìn)行交換。流態(tài)的差異可用雷諾數(shù)Re來判斷： meaRu ReH2BBHLAR 式中：式中： 斜面水流的平均流速；斜面水流的平均流速；RR水力半徑，

4、定義為過水?dāng)嗝娣e水力半徑，定義為過水?dāng)嗝娣eA A與與濕周長(zhǎng)濕周長(zhǎng)L L之比：之比： ，式中，式中B B及及H H為水流流動(dòng)寬度和厚度。為水流流動(dòng)寬度和厚度。meau 在流膜選礦中，寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水層厚度，在流膜選礦中，寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水層厚度，2H2H可以可以忽略，代入忽略，代入ReRe得：得： meaHu Re 可看出：可看出：HH，水層變厚，水層變厚，ReRe，紊流程度越大，紊流程度越大，流體作用力變強(qiáng)，因此不能用于回收細(xì)顆粒。流體作用力變強(qiáng)，因此不能用于回收細(xì)顆粒。 表示層流和紊流的雷諾數(shù)并不是一個(gè)固定值，與表示層流和紊流的雷諾數(shù)并不是一個(gè)固定值，與轉(zhuǎn)變條件有關(guān)。轉(zhuǎn)變條件有關(guān)。H2BBHLAR

5、 二、層流斜面流的水力學(xué)特性二、層流斜面流的水力學(xué)特性圖圖4-1 4-1 層流流態(tài)水速沿深度分布層流流態(tài)水速沿深度分布 均質(zhì)介質(zhì)的粘性作用服從牛頓內(nèi)摩擦定律均質(zhì)介質(zhì)的粘性作用服從牛頓內(nèi)摩擦定律. . dhduAFsin)(gAhHW其中：其中：F流體的內(nèi)摩擦力，流體的內(nèi)摩擦力，N 介質(zhì)的粘度，單位是千克介質(zhì)的粘度，單位是千克/米米秒）秒） A粘性力的作用面積，米粘性力的作用面積，米2 在作用面法線方向上的速度梯度，在作用面法線方向上的速度梯度，1/秒。秒。dhdudhduAFdhduAsin)(gAhH dhhHgdu)(sinhhHgu)2(2sinHh maxu2max2sinHgu2ma

6、x2HhHhuuhhHgu)2(2sinhHHhguhmea)31 (2sin23sinHgumeaHmax32uumeahhHghdhuuhhhmea)3(2sin0hhHgu)2(2sin 紊流總是隨流速的增大而發(fā)生。 紊流的特點(diǎn)：流體內(nèi)出現(xiàn)了大小無數(shù)的漩渦，流體質(zhì)點(diǎn)紛亂無章的運(yùn)動(dòng)著，因而在任一點(diǎn)不再有穩(wěn)定的流速，只有時(shí)刻變化的瞬時(shí)速度，經(jīng)過運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能交換，流速沿深度的分布變得均勻了。 最近的研究發(fā)現(xiàn)，在十分雜亂的紊流中，存在著接近有次序的結(jié)構(gòu)擬序結(jié)構(gòu)。紊流的初始漩渦是以流條形式在固體壁附近形成。在速度梯度的作用下，流條不斷地滾動(dòng)、擴(kuò)展，發(fā)展到一定程度即很快離開壁面上升，并對(duì)流動(dòng)產(chǎn)生干

7、擾。這種最初生成的漩渦范圍很小，但轉(zhuǎn)動(dòng)很快、強(qiáng)度很大，并且在流場(chǎng)內(nèi)是不連續(xù)的。隨著小尺度漩渦的上升擴(kuò)展、互相兼并，結(jié)果又出現(xiàn)了速度較低但范圍較大的大尺度漩渦。 在相鄰的兩大漩渦間發(fā)生著運(yùn)動(dòng)方向的轉(zhuǎn)變，大的漩渦被攪動(dòng)分散開來，形成許多小的波動(dòng)運(yùn)動(dòng)，最后在黏滯力的作用下，速度降低轉(zhuǎn)化為熱能損失；與此同時(shí)，新的漩渦又在底部形成和向上擴(kuò)展，如此循環(huán)構(gòu)成一幅紊流運(yùn)動(dòng)圖像，如下圖。 1、紊流水速沿深度分布用近似高次方拋物線表示：用近似高次方拋物線表示： n1Hhuu)(max 式中：式中：n常數(shù)，隨雷諾數(shù)的增大而增加，并與槽底粗糙度常數(shù)，隨雷諾數(shù)的增大而增加，并與槽底粗糙度有關(guān)。有關(guān)。 對(duì)于光滑槽底，在紊

8、流程度足夠高對(duì)于光滑槽底，在紊流程度足夠高Re5103 ）時(shí)，）時(shí)，n7，水力學(xué)中稱此為，水力學(xué)中稱此為17方定律，應(yīng)用較多；當(dāng)雷諾數(shù)方定律，應(yīng)用較多；當(dāng)雷諾數(shù)Re繼續(xù)增繼續(xù)增大時(shí)，大時(shí)，n值可增加到值可增加到10，但這樣的流動(dòng)狀態(tài)在重選中是遇不到的。，但這樣的流動(dòng)狀態(tài)在重選中是遇不到的。 max1unnumeanhnhhhmeaHhnnuhdhHhuhdhuu1max01max0)(1)(n1Hhuu)(max 圖圖 紊流斜面流水速沿深度分布紊流斜面流水速沿深度分布 無論是層流還是紊流，按流速分布公式計(jì)算的最大流速，均是在水流表層，但是實(shí)測(cè)的最大流速卻是在水面以下稍深一點(diǎn)，對(duì)于矩形水槽，約在

9、水面下4/5距離處。 紊流內(nèi)某指定點(diǎn)的水速不僅大小在變化，而且紊流內(nèi)某指定點(diǎn)的水速不僅大小在變化，而且方向也不固定。方向也不固定。 時(shí)均速度：在某一段時(shí)間內(nèi)平均值，用時(shí)均速度：在某一段時(shí)間內(nèi)平均值，用u meaimu171211u meaimmuu 層流邊層：在紊流流動(dòng)中，緊貼固體壁面的極薄層流體，因漩渦不能發(fā)展而繼續(xù)保持了層流流動(dòng)，這一薄層稱作層流邊層。 近年經(jīng)過研究得知，這個(gè)薄流層是以粘性力作用為主.H5131 層流邊層內(nèi)速度分布：由于層流邊層內(nèi)是層流流動(dòng)，故服從層流的流動(dòng)速度分布： hhHguh)2(2sinhHgsinu 上式表明，在層流邊層內(nèi)，速度分布為一直線，上式表明，在層流邊層內(nèi)

10、，速度分布為一直線，u=khu=kh，經(jīng)過過渡層的略微彎曲而與紊流層的對(duì)數(shù)曲線相連接。經(jīng)過過渡層的略微彎曲而與紊流層的對(duì)數(shù)曲線相連接。對(duì)上式微分，層流邊層內(nèi)的速度梯度：對(duì)上式微分，層流邊層內(nèi)的速度梯度：sinHgdhdu sinHgdhdu0 sinHgv0 根據(jù)式子可知，在一定流動(dòng)條件下，邊層界面處切應(yīng)力根據(jù)式子可知，在一定流動(dòng)條件下，邊層界面處切應(yīng)力0和切應(yīng)力速度和切應(yīng)力速度 v為常數(shù)。為常數(shù)。切應(yīng)力切應(yīng)力切應(yīng)力速度切應(yīng)力速度 水躍現(xiàn)象：水流沿斜槽流動(dòng)過程中，若遇有檔板或槽溝等障礙，則在障礙物上方水面會(huì)突然升高，這便是水躍現(xiàn)象。（a槽底障礙水躍槽底障礙水躍 （b槽底轉(zhuǎn)折水躍槽底轉(zhuǎn)折水躍 在

11、斜面流選礦過程中，為使床層得到更大程度的松散，可以借助水躍方法達(dá)到。為此，可在槽底連續(xù)設(shè)置擋板或改變槽底的坡度，但水躍的強(qiáng)度必須控制適當(dāng)。 過強(qiáng)的水躍不利于粒群穩(wěn)定分層，且會(huì)造成細(xì)粒重礦物損失。在選別微細(xì)粒級(jí)礦石時(shí)，必須減少水躍。 除此之外，槽底粗糙度對(duì)漩渦的形成也有很大影響，但這種影響與底部水流的流態(tài)有關(guān)。a. a. 層流邊層高過粗糙峰層流邊層高過粗糙峰b. b. 層流邊層低于粗糙峰層流邊層低于粗糙峰 當(dāng)?shù)琢鲗恿鬟厡雍穸雀哌^粗糙峰時(shí)，底部表面性當(dāng)?shù)琢鲗恿鬟厡雍穸雀哌^粗糙峰時(shí)，底部表面性質(zhì)對(duì)漩渦的形成不發(fā)生直接的影響。質(zhì)對(duì)漩渦的形成不發(fā)生直接的影響。 層流邊層的厚度低于粗糙峰時(shí)，粗糙峰促進(jìn)了初

12、層流邊層的厚度低于粗糙峰時(shí)，粗糙峰促進(jìn)了初始漩渦的形成，于是脈動(dòng)速度增強(qiáng)。在粗糙峰下面的始漩渦的形成，于是脈動(dòng)速度增強(qiáng)。在粗糙峰下面的凹陷處，仍會(huì)有薄的層流邊層存在稱為落入底部的細(xì)凹陷處，仍會(huì)有薄的層流邊層存在稱為落入底部的細(xì)粒重產(chǎn)物的粒重產(chǎn)物的“避風(fēng)港避風(fēng)港”，在那里進(jìn)行著重產(chǎn)物的最后，在那里進(jìn)行著重產(chǎn)物的最后分層和富集。分層和富集。 結(jié)論：生產(chǎn)中，對(duì)水流紊動(dòng)程度的選擇既要考慮到松散床層的需結(jié)論：生產(chǎn)中，對(duì)水流紊動(dòng)程度的選擇既要考慮到松散床層的需要，也要照顧到礦粒分層所必要的穩(wěn)定性。要，也要照顧到礦粒分層所必要的穩(wěn)定性。4242在厚層紊流斜面流中礦粒的運(yùn)動(dòng)和分選在厚層紊流斜面流中礦粒的運(yùn)動(dòng)和

13、分選 厚水層斜面流用于處理粗粒礦石，分選是借助于密度不同的顆粒沿槽底的運(yùn)動(dòng)速度不同而得以分選的。為了說明該問題，分析一個(gè)球形顆粒在槽底的受力情況。 圖圖4-6 在紊流斜面流中顆粒在槽底的受力情況在紊流斜面流中顆粒在槽底的受力情況（1 1顆粒本身在水中的重力顆粒本身在水中的重力0G 設(shè)顆粒的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)速度為設(shè)顆粒的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)速度為v v，作用于顆粒的水流的平均速度，作用于顆粒的水流的平均速度為為 , ,那么那么 g)(6dG30 （2 2水流的縱向推力水流的縱向推力xRdmeau 2d2x)vu(dRmea （3 3水流繞流顆粒產(chǎn)生的法向舉力水流繞流顆粒產(chǎn)生的法向舉力yP 這種力是由于水流繞流顆粒上

14、表面時(shí)，流速加快，壓力降低所引這種力是由于水流繞流顆粒上表面時(shí)，流速加快，壓力降低所引起的。當(dāng)顆粒的重量相對(duì)較大，這種力顯得很小，可以忽略不計(jì)；起的。當(dāng)顆粒的重量相對(duì)較大，這種力顯得很小，可以忽略不計(jì)；imR22imimudR（4 4脈動(dòng)速度的上升推力脈動(dòng)速度的上升推力 （5 5礦粒與槽底面的摩擦力礦粒與槽底面的摩擦力F F 此摩擦力等于顆粒作用于槽底的正壓力此摩擦力等于顆粒作用于槽底的正壓力N N與摩擦系數(shù)與摩擦系數(shù)f f的乘積的乘積fNF （6 6液體的粘結(jié)力液體的粘結(jié)力adP 這種力來自于固這種力來自于固液界面的水化膜對(duì)顆粒的粘結(jié)作用。當(dāng)液界面的水化膜對(duì)顆粒的粘結(jié)作用。當(dāng)顆粒粒度很小且與

15、槽底緊密接觸時(shí)，粘結(jié)力會(huì)表現(xiàn)出相當(dāng)強(qiáng)的顆粒粒度很小且與槽底緊密接觸時(shí)，粘結(jié)力會(huì)表現(xiàn)出相當(dāng)強(qiáng)的作用。但當(dāng)顆粒粒度較大時(shí)，這種力即不顯著。由于該力很難作用。但當(dāng)顆粒粒度較大時(shí)，這種力即不顯著。由于該力很難測(cè)定，所以通常將其合并到摩擦力中，認(rèn)為是摩擦系數(shù)增大。測(cè)定，所以通常將其合并到摩擦力中，認(rèn)為是摩擦系數(shù)增大。這就是通常顆粒的摩擦系數(shù)隨粒度的減小而增大的主要原因。這就是通常顆粒的摩擦系數(shù)隨粒度的減小而增大的主要原因。綜合以上受力分析，礦粒沿槽底運(yùn)動(dòng)的方程式為：綜合以上受力分析，礦粒沿槽底運(yùn)動(dòng)的方程式為：)Pudcosf(Gv)(ud)gsin(6ddtdvmy2im202d23mea對(duì)于粗顆粒來說

16、，法向舉力對(duì)于粗顆粒來說，法向舉力yP可以忽略不計(jì)?？梢院雎圆挥?jì)。當(dāng)顆粒運(yùn)動(dòng)達(dá)到平衡時(shí)，當(dāng)顆粒運(yùn)動(dòng)達(dá)到平衡時(shí)，0dtdv，則得：，則得：2/1220)sincos(imdmeafufvuv0imvu比比2imfu對(duì)粗顆粒對(duì)粗顆粒小得多，故小得多，故忽略不計(jì)，上式寫成：忽略不計(jì)，上式寫成：該式為礦粒沿槽底運(yùn)動(dòng)的速度公式。該式為礦粒沿槽底運(yùn)動(dòng)的速度公式。 sincosfvuv0dmea 由式可見，顆粒運(yùn)動(dòng)速度主要取決于迎面水流的作用速度，由式可見，顆粒運(yùn)動(dòng)速度主要取決于迎面水流的作用速度，并隨顆粒的沉降速度和摩擦系數(shù)的增大而減??；隨斜槽坡度的增并隨顆粒的沉降速度和摩擦系數(shù)的增大而減小；隨斜槽坡度的

17、增大而增大。大而增大。0sin1cos ，fvuvmead0315），），n/1meadmeaHduu sincosfvuv0dmea fvHduvnmea0/1 生產(chǎn)中就是要借調(diào)整斜槽傾角與給水量，使兩種礦物具有最大的速度差，以達(dá)到有效分離。0usincos00fvu43 43 在薄層斜面流中粒群的松散和分層在薄層斜面流中粒群的松散和分層 在厚層斜面流中，借助于紊流水流中的脈動(dòng)作用，使礦粒松散分層，而在薄層斜面流中脈動(dòng)作用很小，那么粒群是如何松散分層的呢？那么粒群是如何松散分層的呢？ 處理處理20.074mm流膜流膜弱紊流流動(dòng)弱紊流流動(dòng)處置處置0.074mm的流膜的流膜層流流動(dòng)層流流動(dòng)1.紊

18、流礦漿流沿深度的流速分布紊流礦漿流沿深度的流速分布 含有固體顆粒的紊流斜面流，流體質(zhì)點(diǎn)在層間進(jìn)行交換，因此流速遵守對(duì)數(shù)分布規(guī)律。h1kvdhdu 由于固體顆粒的干擾，弱紊流礦漿流的流動(dòng)速度在一般情況下比清水水流的速度小，且隨著濃度增大則急劇降低。 弱紊流礦漿的流動(dòng)速度，在層流邊層內(nèi)流速接近直線分布，在紊流開始的界面附近速度分布發(fā)生了小的彎曲，接著便以近似對(duì)數(shù)曲線形式增大，到接近表面時(shí)速度增加變緩，并接近于等速流動(dòng)。2.粒群在紊流斜面流中的松散粒群在紊流斜面流中的松散 礦粒群在紊流斜面流中，借旋渦的法向脈動(dòng)速度推動(dòng)懸浮松散，稱作紊動(dòng)擴(kuò)散作用。1.層流流態(tài)下粒群的松散作用層流流態(tài)下粒群的松散作用

19、1954年拜格諾在研究中發(fā)現(xiàn):當(dāng)懸浮體中固體顆粒連續(xù)受到剪切運(yùn)動(dòng)的作用時(shí)，在垂直于剪切方向上將產(chǎn)生一種斥力(或稱分散壓)，使粒群具有向兩側(cè)膨脹的傾向。這種層間斥力隨剪切速度梯度的增大而增加，當(dāng)它的大小足以克服顆粒在介質(zhì)中的重量時(shí)，粒群即呈懸浮體松散狀態(tài)。圖圖 拜格諾層間剪切力和層間斥力示意圖拜格諾層間剪切力和層間斥力示意圖圖圖 析離分層礦粒沿高度的排列析離分層礦粒沿高度的排列圖圖 弱紊流礦漿流膜的結(jié)構(gòu)弱紊流礦漿流膜的結(jié)構(gòu) 討論一下各層次在分選中的作用：討論一下各層次在分選中的作用：（1在表流層中，有著不大的脈動(dòng)速度，如果顆粒的沉在表流層中，有著不大的脈動(dòng)速度，如果顆粒的沉降速度接近或低于該層的脈動(dòng)速度，則其將保持懸浮降速度接近或低于該層的脈動(dòng)速度，則其將保持懸浮而難以進(jìn)入底層。故該層的脈動(dòng)速度就大致決定了粒而難以進(jìn)入底層。故該層的脈動(dòng)速度就大致決定了粒度分選下限。度分選下限。（2在弱紊流中，懸移層借強(qiáng)大的脈動(dòng)速度維持粒群懸在弱紊流中，懸移層