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以FLUENT软件为计算工具,采用Euler-Lagrange方法模拟高梯度磁场中气-固两相流动,气相用标准k-ε湍流模型描述,综合考虑颗粒受力,并用颗粒轨道模型对颗粒的运动进行了数值计算,结果表明:对亚观尺度的磁性微粒,磁场作用力和流体曳力对颗粒的运动起主要作用;颗粒起始位置越靠近磁介质,颗粒就越容易被捕捉;当磁性微粒的直径在5~40μm范围内时,粒径越大,粒子被捕捉的可能性就越大;较低的气流速度有利于颗粒的捕捉。
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文章编号: 1001 -3571 (2010) 02 -0020 -04
高梯度磁场中单根磁介质捕集磁性微粒的数值模拟
王发辉 , 铁占续
(河南理工大学 , 河南 焦作 454000)
摘要:以 FLUENT软件为计算工具 , 采用 Euler-Lagrange方法模拟高梯度磁场中气 -固两相流
动 , 气相用标准 k-ε湍流模型描述 , 综合考虑颗粒受力 , 并用颗粒轨道模型对颗粒的运动进行
了数值计算 , 结果表明 :对亚观尺度的磁性微粒 , 磁场作用力和流体曳力对颗粒的运动起主要作
用 ;颗粒起始位置越靠近磁介质 , 颗粒就越容易被捕捉 ;当磁性微粒的直径在 5 ~ 40μm范围内
时 , 粒径越大 , 粒子被捕捉的可能性就越大 ;较低的气流速度有利于颗粒的捕捉 。
关键词 :高梯度磁场 ;磁介质 ;模型 ;磁性微粒 ;运动轨迹 ;数值模拟
中图分类号 :TD944.1 文献标志码:A
修改稿收稿日期 :20 09 -10 -29
基金项目 :河南省重点科技攻 关资助项 目 (072102290002);河南
理工大学青年基金项目 (Q2009 -28)
作者简介 :王发辉 (1978 -), 男 , 河南平 顶山人 , 讲师 , 现 就职
于河南理工大学机械与动力工程学院 , 主要从事流体机械设计和流
场 分 析 方 面 的 研 究 , E -mail:fahui@ hpu.edu.cn, 联 系 电 话 :
13839135061。
高梯度磁分离技术是 20世纪 60年代末逐渐发
展起来的分离弱磁性微细粒物料最有效的技术之
一
[ 1]
。高梯度磁分离技术就是在均 匀的背景磁场
中填充饱和聚磁介质以产生高磁场梯度 , 从而对不
同磁性介质进行分离的技术。 此技术在近半个世纪
以来, 已应用在各个工业领域 , 如高岭土矿、 铜矿
和铁矿等矿石的提纯 、 煤炭的燃前脱硫、 工业废水
的处理等。理论和实践证明, 此技术处理细粒或微
细粒弱磁性物料具有分离能力高、 结构简单和维护
成本低等优势
[ 2]
。 但是 , 由于磁分离的 实际过程
极其复杂, 分离效果不佳 , 因此尚不能很好地满足
现在大规模工业化生产的需要 。因此 , 研究聚磁介
质对磁性粒子的捕捉机理和粒子的积聚规律, 对高
梯度磁分离技术在工业上的规模化应用有着十分重
要的作用和意义 。
文章利用 FLUENT软件, 采用 Euler-Lagrange
方法对高梯度磁场中单根磁介质捕集磁性微粒的过
程进行了数值模拟, 分析了气流速度 、 磁场强度 、
颗粒直径、 颗粒初始位置等因素对颗粒捕集的影响
规律。
1 物理模型和网格划分
磁性微粒在气流带动下进入高梯度磁场分离通
道 , 颗粒在通道内受流场和磁场的共同作用, 部分
颗粒被磁介质捕获。 由于颗粒在通道内的运动极为
复杂 , 故在建模时做了以下假设 :①聚磁介质的轴
向长度远大于其半径 , 所以将流场和磁场简化为二
维流场 ;②气体作定常流动 ;③假定气体为不可压
缩流体 。 在这 些 假设条 件下 , 建 立 了 10mm ×
10mm的二维分离通道 , 通道内放置了直径 d=
150μm的圆柱 型聚磁 介 质, 如图 1 所示 。 为了
FLUENT软件的求解计算, 对计算区域用 FLUENT
前处理器 gmbit进行网格划分 , 考虑到颗粒在接近
磁介质时要求求解精度高, 所以在网格划分时采用
非结构化网格 , 并进行了局部加密, 网格局部放大
如图 2所示。
2 数学模型
本文研究的物理模型气 -固两相流中固相的体
积分数 <12%, 把流体 (气相 )当作连 续介质 ,
20
第 2期
2010年 4月
选 煤 技 术
COAL PREPARATION TECHNOLOGY
No.2
Apr.2010
中国煤炭期刊网
www.chinacaj.net
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