煤炭学报

作者：林喆, 吴亚红, 郭语妍, 秦志宏,

关键词：碰撞黏附, XDLVO, CFD-DEM, 圆柱绕流, 涡旋,

混凝装备中流场的涡旋特征是影响煤泥水等微细颗粒絮凝效果的关键因素之一。为解析流场涡旋影响颗粒混凝碰撞与黏附机制，以圆柱绕流产生的涡街为代表性涡旋流场，采用CFD方法模拟了流速和圆柱直径对流场涡旋强度和尺度的影响；引入XDLVO理论辅助描述离散元方法中颗粒间的相互作用力，对粒径为25～100 μm颗粒在上述流场中的碰撞与黏附过程进行CFD-DEM模拟，并试验验证。结果表明，在流速0.06～0.12 m/s、圆柱直径2～6 mm、雷诺数为120～720条件下，圆柱绕流场中的涡旋半径(r)与圆柱直径(D)的关系近似为r=0.133 3D+0.421 4，与流速无显著相关性；涡旋中心的最大涡量与流速成正比，涡旋强度与圆柱直径的2次方正相关。CFD-DEM(XDLVO)模拟方法获得的黏附聚集体的特征参数与试验结果吻合较好，说明其可较准确地描述圆柱绕流场中颗粒的碰撞与黏附过程。对流场涡旋分布特征和聚集体在流场分区中分布特征的分析表明，流场中的涡旋通过惯性离心力使颗粒远离涡旋中心向涡旋周边的黏性剪切区富集，在改变颗粒运动方向的同时，增加了颗粒在黏性区的局部浓度，从而提高了颗粒的碰撞概率，有效促进了颗粒的黏附并大。当涡旋尺度为物料粒径的10倍左右时最有利于颗粒的碰撞黏附，因此可根据应用场景的物料粒度来优化设计绕流圆柱直径，使其达到最好的黏附效果。

来源：2024年第3期

《煤炭学报》期刊编辑部

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