第五章 干扰床分选机内流场的数值模拟

本章主要介绍了实验室干扰床分选机洗选系统的建立过程，系统总布置，各设备的连接方式，物料及

水循环系统，泵的选型。同时构建了与其相同参数的计算模拟模型。详细说明了在数值模拟计算过程中网格的划分方式，边界条件的设定，物理模型的选择以及各参数的设定方法。分析了不同筒体高度下试验结果和模拟结果的关系，最后对不同入料方式和不同分布器结构下TBS的运行情况做了总结。

5.1 建立干扰床分选机系统 5.1.1 系统总图

干扰床分选机粗煤泥洗选系统于2010年5月建立，其系统总图5.1如下所示。

图5.1 干扰床分选机设备布置图

Figure 5.1 TBS equipment layout

(A. 清水池；B.沉淀池；C.干扰床分选机；D.入料缓冲仓；E.分级旋流器)

(A. Clear pool；B. Sedimentation pool；C.TBS；D. Feed surge bin；E. Grade cyclone)

5.1.2 干扰床分选机总图

干扰床分选机筒体、溢流堰及分布器为10mm厚有机玻璃制造，目的是可以对系统内部干扰沉降的情况进行观察。如下图5.2所示，考虑到溢流量可能会较大，制作了更大的溢流堰和三个溢流管，底图侧面一个红阀为事故阀。本系统中入料是旋流器底流先进入缓冲仓，然后再无压垂直给入TBS。而在实际生产中，实验设备中的入料管一般为入料井，入料方式

是旋流器底流切向给入。

图5.2 干扰床分选机设计图与实际设备

Figure 5.2 Teetered bed separator design and the actual equipment

5.1.3 分布器的设计

如上文4.1.4中对影响干扰床分选机分选效果的因素中所述，分布器对设备内部流场有很大的影响所用，因此，分布板的设计正确与否直接决定干扰床分选机的分选精度。具体的来说，应注意以下三点：

A．分布器的作用是均匀分布水流，同时使其压降最小。这可以通过正确地选取分布板的开孔率即开孔分布方案，以及选择适当的预分布等手段达到。

B．分布器必须使干扰床有一个良好的起始流态化状态。在分布器附近创造良好的液固接触条件，即顶水流出分布器的一瞬间，流场的流型和湍流程度应使其上的煤颗粒都受到流场影响，排除形成“死角”即颗粒沉积到分布器上的可能性。这可以通过改变分布器的结构参数和干扰床分选机的操作参数来保证。

C．需保证在连续工作过程中，分布器不被堵塞和磨蚀。

因此开孔率及喷嘴口大小并非定值，而由干扰床分选机处理量、入选原煤性质、分选机内顶水流速及泵的流量和扬程决定。

分布器的开孔率η计算方法如下式：干扰床分选机筒体半径。

顶水通过分布器后的流速

，φ为小孔流量系数，通常

，n为分布器上孔的个数；r为孔的半径；

可取0.60 ~0.62 ；g为重力加速度；h为开孔以上的液层高度。同时内液体的压力；P1为筒体内的压力；γ为水的重度。

，P2为分布器

分布板的设计如下，分别是孔数为40个，即0.11hdes/cm；孔数为50个，即0.15hdes/cm2；孔数为60个，即0.19hdes/cm2，如下图5.3所示。小孔半径均为2.5mm，在分布上按同心圆布置，同心圆均匀划在底流口外，半径分别为22mm、41.5mm、61mm、80.5mm。最内圈布置喷孔4到6个，其余各圈为最内圈的倍数；同心圆为3到5圈不等，同时由于壁面作用和底流口的存在，最外圈和最内圈应分别与筒壁和底流口较近；所有的喷孔在同心圆上旋转一定角度，保证它们之间的距离尽量均匀。

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喷孔底流口筒壁

图5.3 孔数60的分布板设计图和实际样品

Figure 5.3 Design of distribution board holes 60 and the actual samples

5.1.4 物料及水循环系统

如图5.4所示，为TBS分选系统物料及水循环系统。开机时，先将系统内矿浆清洗干净，并在沉淀池和清水池内注水，然后开启清水泵，待TBS内充满水后，开启渣浆泵。此时整个系统中水达到循环使用。在沉淀池中加入煤样，渣浆泵将煤浆打入分级旋流器之中。其底流作为TBS入料，从顶部给入；溢流直接打回清水池，并被清水泵打入TBS底部，作为顶水使用。通过TBS分选作用，入料被分离为精矿和矸石，分别取样，之后仍进入沉淀池混合，作为连续入料，继续试验。

旋流器溢流分级旋流器旋流器底流入料缓冲仓干扰床分选机顶水底流溢流清水泵清水池沉淀池渣浆泵矿浆循环水循环

图5.4 干扰床分选系统连接图

Figure 5.4 Teerted bed separator system connection diagram

5.1.5 泵的选型

主要对所需的流量和扬程进行计算，管道所需流量计算公式如下：

，其中Qp

为管道计算流量，L/s；KQ为不均匀系数，一般取为1.15-1.25；Q为工艺流程所需的流量，m3/h。泵输送矿浆至水力旋流器的总扬程可用下述经验式进行计算：

，其中H1为几何扬程即泵中心线到水力旋流器给矿口中心线间的垂

直距离，m；H2为折合扬程即矿浆输送过程中沿程经过的直管、弯头、三通和闸门等的水头损失，m；H3为压力水头损失，即水力旋流器所需给矿压力引起的水压损失，m；H4为剩余扬程，m。折合扬程H2计算公式：H2=Li=LAQm2 ，其中L为直管、弯头、三通和闸门等阻

力损失折合成直管的总长度，m；i为管道清水阻力损失；A为比阻系数；Qm为矿浆流量即输送的矿浆量，m/s。

通过计算，本次试验所选用泵的型号如下：A.清水泵SGR50-12-25，流量12m3/h，扬程25m，效率65%，电机功率1.5km，电压380V，转速2900r/min，重量45kg；B.渣浆泵40ZJ-I-A17流量16 m3/h，扬程25 m，转数2255 r/min，允许输送最大浆体重量浓度Cw为：灰（渣）浆和煤浆45%，矿浆和重介混合液60%。

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5.2 构建数学模型

5.2.1 干扰床分选机模型结构参数

干扰床分选机模型如图5.5所示，向左为Z正方向，向上为Y正方向。

顶水入料口底流口顶水分布器

图5.5 TBS模型截面图 Figure 5.5 TBS model sections

5.2.2 划分网格及确定边界条件

将TBS整体分为入料管、底流管和筒体三个部分，采用相同的网格划分方法：Elements中选择Tet/Hybrid，Type中选择TGrid，Spacing用Interval size设定10，如图5.6所示。

图5.6 TBS网格划分(左为入料管，右为底流管及分布器)

Figure 5.6 TBS mesh

(left feeding tube, right to the end of the flow tube and the distributor) 入料口，及顶水入口设定为速度入口velocity inlet：速度入口边界条件用于定义流动速度以及流动入口的流动属性相关标量。Velocity specification method设置定义进口速度方式为magnitude，normal to boundary指定速度大小，方向垂直于边界。入料速度设定为0.1m/s，顶水入口速度由上升水流量除以两个入口的横截面积计算得到，根据实验结果，取为分选效果较好的0.5m/s。

底流口和筒体上部敞开面设定为出流outflow：出流边界条件用于定义在求解前流速和压力未知的出口边界，使用于出口处的流动是完全发展的情况，需设定该出流边界上流体的流出量占总流出量的百分比。

入料管插入筒体管口和底流管在分布板的管口设定为内部界面interface：内部界面边界条件用于分隔两个区域，便于在两个区域划分不同网格。

5.2.3 数值模拟流程

求解器和运行环境：在FLUENT载入网格后，在time选项中选择不定常流unsteady，其他则保持默认选项。运行环境方面选择考虑重力作用。

多相流模型：选用最适合模拟流化床的Eurlerian模型，设定相数为2，主要相为液态水，次要相为空气。

粘性模型：选用Standard K-eqsilon（2 eqn）模型，由于壁面作用会对TBS内上升水流有较大影响，在Near-Wall Treatment上勾选Standard Wall Functions，在K-eqsilon Multiphase Model上选择混合模型Mixture。

计算残差图：虽然其中eqsilon有较大范围的震动，但基本上已降至10-3、10-4数量级。共计算5800步，即流场运动30秒。

图5.7 TBS模型计算残差 Figure 5.7 TBS model residuals

5.3 计算机模拟结果

从TBS分选过程和原理及模拟结果来看，整个筒体自分布板到顶部溢流堰可被分为五部

分：1.顶水层，上升水流从分布板加速向上运动。流场特点是在喷孔上方为向上的锥形流，顶水由喷孔处的细长水流逐渐变为遍布横截面的层状水流；同时在细长流之间则存在着大量的横方向运动的涡流。2.干扰层，上升水流与入料的下沉流混合。流场在此处大范围上下波动，同时拥有整个筒体的最大上升和下降流速。3沉降层，入料在上升水流中自由沉降。此处流场与干扰层的不同之处在于流场波动范围较小，厚度也较薄；同时与干扰层的流场流动方向相反，即在其下部的干扰层若为向下，则此处沉降层为向上。4入料层，在入料管下方，流场向下运动，而外围则在上升水流的带动下向上运动；两个区域之间没有清晰的界限，部分入料在此层便随上升水流向上进入溢流。5.溢流层，此层存在于入料管外围，呈环状。溢流从此层向外溢出，进入溢流堰。特别的，在入料管壁处要比外层的向上速度大，溢流先在内层到达顶部，再向外圈移动，最终流出筒体。

干扰床分选机截面，即X=0，Y=0两个面的轴向速度如图5.8所示。图右方标尺所示0mm处为分布板，0mm-200mm段为顶水仓，上升水自X=0图底部两边突起位置进入顶水仓中，设定速度为0.5m/s；顶水仓中部亮蓝色区域为底流管，底流由此以Z轴正方向流出。TBS上部-1000mm-0mm段为筒体部分，顶部为入料管，插入深度100mm，至图中-900mm位置。由于自分布板进入筒体的上升水流无法保持完全均匀，导致筒体内流场也并不均匀。由图5.8可知A.在喷孔较密集的区域呈紫红色，即流场速度垂直向上；在喷孔较稀疏的区域呈亮蓝色，即流场速度垂直向下。同时，此种区域分块特点在整个筒体上也呈两段分布，其分界线在-600mm至-400mm段。B.筒体大部分呈淡蓝色，即在筒体的中流场基本是以0.05m/s的速度向上运动，但在近壁区域则有较大的上升或下沉速度。入料管壁附近较外圈颜色深，说明从内向外，垂直向上速度降低。

X=0，Y=0两个面的径向速度如图5.9所示。在分布板之上有一层为粉红色，表示在喷孔的射流之外存在横向的涡流。在此之上，从Y=0面可以清晰看到三段存在较大横向速度，分别对照干扰层，沉降层，入料层。而与之对应的X=0面上则没有明显的界限，说明层与层之间并不是以横截面分界。在入料管口附近明显存在短路流，直接进入溢流。

在此模型中，根据横截面上的速度矢量，可以划分以上五个部分。顶水层-10即分布板到-40mm；干扰层-40mm到-600mm；沉降层-600mm到-800mm；入料层-800mm到-900mm即入料口；溢流层-900mm到顶端。层与层之间并不存在明显的边界，而是一个过渡区，随着流场的运动而增厚或变薄，同时层也处在动态平衡之中。

图5.8 X=0(左)，Y=0(右)两个截面轴向速度云图

Figure 5.8 X=0 (left), Y=0(right)Two sections of axial velocity cloud

图5.9 X=0(右)，Y=0(左)两个截面径向速度云图

Figure 5.9 X=0 (right), Y=0(left)Two sections of radial velocity cloud

图5.10 横截面速度矢量图

Figure 5.10 cross-section of velocity vector

(A左上Z=-10；B右上Z=-40；C左下Z=-300；D下中Z=-810；E右下Z=-950) (A left Z =- 10; B upper right Z =- 40; C left Z =- 300;

D under the Z =- 810; E right lower Z =- 950)

图5.10为多个横截面的速度矢量图。A.为顶水自分布板加速后的速度矢量图，可以清楚的看到其中喷孔处的细长流，同时在细长流低端有横向速度较大的湍流涡旋。B.为模拟所得到的顶水层和干扰层的过度面，仍可分辨出喷孔细长流的所在位置，但整个截面的流场已经处于基本均匀的状态。C.Z=-300面处于干扰层内，图中有明显的上升和下沉速度矢量线。D.Z=-810面处于入料层内，图中速度矢量线较C图短，同时D面的速度基本均为向下，说明入料层内入料以较小的速度竖直向下进入。E.Z=-950处中间位置是入料管，可以看到中间有一圈较长的矢量线，说明在溢流层内圈流场更快到达顶端。

分别在分布板上喷孔位置取点，通过这些点做垂线，在FLUENT中绘制截线图。以上七个点的坐标如下：1(0,80.5)，2(0,41.5)，3(0,22.0)，4(20.9,6.8)，5(-24.4,-33.6)，6(-60.7,6.4)，7(24.9,-77.4)，如图5.11所示。以1、2、3及中心轴线，做轴向和径向速度图5.12、5.13；以4、5、6及7，做轴向和径向速度图5.14、5.15。由图可知，A.在以上7个点的位置喷孔外速度在0.4m/s到0.8m/s之间，在-50处降至0.1m/s。B.所有位置在-500到-50之间都有较大范围振荡，再-500到-800段有较小速度。C.从入料口即-900处0.1m/s到-800处，在上升流的作用下一部分转为向上，进入溢流。从径向速度图能得到相似的分层结论。

图5.11 分布板参数(左)和取点(右)

Figure 5.11 Distribution board parameters (left) and take points (right)

图5.12 1、2、3及轴线轴向速度图

Figure 5.12 1,2,3 and the axis of the axial velocity

图5.13 1、2、3及轴线径向速度图

Figure 5.13 1,2,3 and the axis of the radial velocity

图5.14 4、5、6及7轴向速度图

Figure 5.14 4,5,6 and 7 of the axial velocity

图5.15 4、5、6及7径向速度图

Figure 5.15 4,5,6 and 7 of the radial velocity

图5.16 50孔分布器内轴向速度云图

Figure 5.16 50 hole axial velocity inside the pore size distribution graph 根据自顶水管至分布板的流场分析，可知在此区域内的流场基本上是混乱的。对于50孔分布板，从轴向速度图5.16来看，沿底流管壁向外轴向速度逐渐减小，即图中深色区域至浅色区域，但并非完全合乎规律。在分布板上过底流口圆心分别作五条贯穿喷孔的直线，过直线绘制轴向速度曲线，如图5.17所示，其中顶水入口在Y轴上。由于此分布板设计并非完全对称，在第一、三圈上的喷孔个数为奇数，导致图 在Y轴正负两侧径向速度有较大差异，在某些孔上甚至出现突变(如蓝色线上e点处的2个速度达到0.4m/s)。虽然云图所示距底流管较近的喷孔顶水未到分布板时有较大的径向速度，但从实际曲线图5.18来看，此规律并不明显。喷孔径向速度整体上在0.2m/s左右。

图5.17 50孔做轴向速度曲线所取直线

Figure 5.17 50 holes to do a straight line axial velocity curves obtained

图5.18 50孔所取各直线的径向速度图

Figure 5.18 the radial velocity map of the line taken from 50 holes

5.4 模拟结果分析

5.4.1 筒体高度及入料管参数模拟结果分析

上文中所述五个层都对TBS的分选效果有着或多或少的影响，而主要决定这五个层厚度的因素在于：TBS筒体高度，入料管插入深度和直径，入料方式和分布器结构。

对筒体高度400mm，入料管直径40mm，插入深度50mm的干扰床分选机进行模拟，结果如下。图5.19、图5.20分别为其截面轴向、径向速度云图。与上文中的1000mmTBS比较，所划分的五层中干扰层、入料层厚度都被压缩，而沉降层几乎消失，但对于顶水层和溢流层而言，TBS筒体高度则不是其重要的影响因素。从横截面速度矢量图可知，顶水层从-10mm至-40mm处，几乎没有变化；而溢流层则是固定的从入料管管口口处至顶端。由轴

向速度图可知，对照上浮、下沉速度最大的区域为干扰层的观点，当筒体高度为400mm时，干扰层为自-40mm至-250mm处。最后在-250mm至入料管管口即-350mm处为原沉降层和入料层，由于筒体过低，这两个层之间几乎不存在分界。从径向速度图可以得到入料管口处径向速度较大的区域延伸至-300mm处，而在此区域内并不存在横截面径向速度均匀且较小的过渡段，可以认为入料在与上升水流相遇后，以入料内侧上升水流外侧的状态直接进入干扰层。

由1000mm和400mm两个数值模拟结果及TBS内分选过程五个层地划分可知筒体高度，入料管直径等结构因素对TBS分选效果的影响如下：

顶水层厚度较薄，在筒体高度为1000mm和400mm时，均为30mm，因此筒体高度对其基本上没有影响。顶水层自流体从喷孔中射出的位置为始，至横截面上流场速度均匀稳定为止，因此它的厚度主要由分布器决定(详见下节)。

干扰层厚度在TBS筒体内占巨大部分高度，即使在筒体高度只有400mm的极限状况下，

图5.19 400mm高TBS截面轴向速度云图

Figure 5.19 Axial velocity cloud of the cross-section of 400mm high TBS

图5.20 400mm高TBS截面径向速度云图

Figure 5.20 Radial velocity cloud of the cross-section of 400mm high TBS

干扰层依然有200mm以上的厚度；同时干扰层也是TBS筒体中分选作用最主要的执行段。 对于干扰层的厚度而言，过厚则会导致进行干扰沉降的颗粒降花费更多时间穿越干扰层，而 且在此进程中颗粒受到的阻力也会增加，从而使得床层密度的大幅增加，降低分选效率。床层密度的增加将使得溢流的产率增加，灰分升高。

沉降层的作用在于，在入料进入干扰层分选前，先对入料中易选出的精矿部分提前回收，在自由沉降阶段进入溢流。从模拟结果来看，沉降层在TBS中所占高度比重较低，并且极易因筒体高度的下降而变薄，甚至消失。因此，TBS筒体过高将使得本层厚度增大，但并不会导致分选有较大变化，只是延长了颗粒在床层中的运动时间。但是筒体若过低，则会使颗粒在没有自由沉降的分选过程下直接进入干扰沉降阶段，增大干扰层地分选压力，降低分选效果，增加错配率。

入料层是入料和上升水流分区，相对运动阶段，自入料管管口开始到入料在筒体横截面上均匀分布，即横截面上流体上升速度均匀且较小结束。显然当入料越快达到均匀分布于横截面越有利于分选作用，同时在入料层上升流与入料流边界因相对运动速度较大易形成错配，即边缘的重颗粒随上升流直接进入溢流。上文中1000mm高TBS的入料层为100mm；在400mm高TBS中入料层与沉降层一共为100mm，但需要注意的是其中沉降层已基本不复存在，因此可以说入料层的厚度与筒体高度关系不大，主要是由入料速度和入料方式所决定。针对入料方式而言，在本实验设备中所使用的是垂直自缓冲仓向下无压给料。虽然轴向速度较低，但无径向速度同样会使入料流均匀分布速度减缓。而在实际生产中，为旋流器切向入料。此种入料方式的优点如下：(1)使入料具有离心力的作用，即流场中增加切向速度。在离心力的作用下，入料颗粒在沉降运动的同时按密度和粒度分层，优化分选效果。(2)入料流在进入入料层时，与上升流相接触的外层为受离心力较大的重颗粒，同时拥有较大的径向和切向速度，不易形成错配而且能更快在横截面上均匀分布。(3)切向入料，入料的轴向速度并不大，更能减低入料层的厚度。

溢流层是以被分选出的精矿随上升水流溢出TBS的阶段，其厚度是固定的从入料管管口至TBS最顶端，因此其主要决定因素为入料管插入深度。同时，如果入料管插入过深，因入

料层厚度一定，则会占据沉降层甚至是干扰层的厚度。如果溢流层过厚，会使得上浮的溢流颗粒需要更长的时间溢出，增加难选颗粒重新进入沉降层的几率；而如果溢流层过薄，在入料管管口或入料层直接进入溢流的错配物更易直接溢出，使灰分增加。溢流层的特殊之处在于它不只有厚度一个参量，还有因入料管直径而变化的圆环厚度(内外半径之差)。在以上模拟及实验观察中可知，溢流中颗粒主要由筒体中心处溢出，即中心处的轴向速度最大。上浮的颗粒需要经过圆环厚度的距离才能真正溢出，如果此距离过远即入料管直径过小，则已分选出的颗粒更易重新回到分选区，增大分选区(沉降层，干扰层)的压力，同时入料管直径过小也会增大入料流均匀分布的难度；如果圆环厚度过小，则溢流更难溢出。

5.4.2不同筒体高度实验结果

入料原煤灰分14.58%，粒度取在TBS分选效果最好的0.25mm-1mm，下为原煤灰分小浮沉实验结果及可选性曲线。分别在筒体高度400mm，600mm，800mm，1000mm下改变上升水流速为20mm/s，25mm/s，30mm/s，35mm/s。实验结果如表5.1图5.21所示。

对上述煤样进行不同筒体高度，不同上升水流量的TBS实验，分析其溢流精煤灰分和产率如下图5.22、5.23所示。图中示例为上升水流量：20L/s、25 L/s、30 L/s、35 L/s。图中可见：A.除水流量在20L/s曲线外，其他曲线规律相同，因此水流量是TBS控制溢流精煤灰分和产率的重要操作参数。B.TBS过低40mm时，水流量因素的影响最大；而在1000mm处，精煤灰分几乎相同，说明在TBS较高时，流量的变化对精煤灰分的影响较小。对于产率而言，图中所示在400mm至60mm之间精煤产率随水流量变化较大； 800mm至1000mm之间水流量变化对精煤灰分影响较小。C.精煤灰分和产率随TBS高度的变化曲线为一元三次方程形式，即在正常高度范围内存在灰分和产率的最低值和最高值。

表5.1 入料原煤小浮沉综合表

Table 5.1 feed coal comprehensive list of small ups and downs 密度级 （g/cm） <1.30 1.30-1.40 1.40-1.50 1.50-1.60 1.60-1.8 >1.8 合计 3产率 灰分 （%） 18.17 28.38 32.65 8.42 5.05 7.33 100.00 浮 物 累 计 产率 （%） 14.17 42.55 75.20 83.62 88.67 96.00 沉 物 累 计 灰分 （%） 14.58 16.93 22.41 39.92 52.24 .27 （%） 3.98 6.62 11.26 21.80 34.78 .27 14.58 灰分 产率 （%） 3.98 5.74 8.14 9.51 10.95 15.02 （%） 100.00 81.83 53.45 20.80 12.38 7.33

图5.21 入料原煤可选性曲线

Figure 5.8 feed coal washability curve

图5.22 在不同上升水流量下精煤灰分和TBS高度的关系 Figure 5.22 The relationship between high degree of TBS

and coal ash in different flow-water rates

图5.22、5.23证实了数值模拟结果中对TBS分选过程五层的划分，由于干扰层和沉降层的存在使得精煤灰分和产量并没有按设想中出现单一下降的规律。根据对400mm高TBS的模拟可知，在此高度上，TBS内不存在五层中的沉降层，即入料颗粒在进入筒体后直接与干扰层相遇，大多数颗粒随之上浮，因此溢流中精煤灰分较大。在TBS高度在400mm以上时，沉降层逐渐形成，厚度增加，本来进入干扰层直接上浮的大密度颗粒在沉降层的作用下，将不再会进入溢流。随着TBS高度从600mm继续增加，沉降层的厚度一定，而干扰层的厚度增加，受其作用，本来被约束在沉降层之下的颗粒拥有更大的向上速度，又可以进入溢流，使溢流精煤灰分上升。TBS高度升至800mm以后，在筒体的上升水流速成为影响溢流灰分

的主要因素，由于筒体过高，入料需要更长时间在横截面上均匀分布(入料层厚度增加)，可被上升水流带入溢流的颗粒密度和粒度将大大减小，因此溢流精煤灰分也降低。

图5.23 在不同上升水流量下精煤产率和TBS高度的关系 Figure 5.22 The relationship between high degree of TBS

and coal yield in different flow-water rates

5.4.3 分布器模拟结果分析

对于顶水层，主要由分布板的结构来控制。顶水层与干扰层的分界在于横截面上流场的速度均匀分布。从理论上讲应至少存在一个近壁处轴线速度较小，而中心处具有整体向上速度的面；而实际TBS工作过程中不会有如此明显的分界。显然顶水层越薄，即流场越快达到均匀分布状态，越有利于分选过程；同时还需要保证达到平均分布时，横截面上的轴向速度足够对入料进行分选，获得一定灰分值的精煤。

图5.24 50孔轴向速度分布图

Figure 5.24 Distribution of axial velocity of 50 holes

图5.25 40孔轴向速度分布图

Figure 5.25 Distribution of axial velocity of 40 holes

图5.24和5.25分别为分布板喷孔为50、40个的结构下，顶水从喷孔中射出时的轴向速度分布图。根据统计，明显可以得到当分布板上喷孔越少时，从单个喷孔射出的轴向速度越大；但对于整个横截面而言，喷孔越多，平均轴向速度越大。

图5.26、5.27、5.28所示为在不同横截面上的轴向分布。在Z=-30图上可见50孔图上原本相互孤立的喷孔处速度区域已经连成一片，流场向着均匀分布转变；而40孔图上仍可以清晰分辨各个喷孔的位置。Z=-40图中50孔图上各相同轴向速度的区域相连，形成环状的带，同时分别在两个近壁位置开始有更大的上浮、下沉速度；而孔40图所显示的运动状态基本与孔50在Z=-30时相同，图中拥有相同速度的流场区域还相当孤立。Z=-50时孔50图表明流场已进入干扰层，其上轴向速度在正向、负向均较大；而孔40图表明，在孔数减少10个的情况下，顶水层要比孔50时厚10mm，流场更晚达到均匀状态。

当然并非分布板上喷孔越多，流场越快达到均匀。从5.3节中所分析各个喷孔外的速度来看，由于顶水管入口分布两端，同时中间存在底流管，使得正对顶水管口和距其较近的喷孔所拥有的轴向速度比其他处喷孔更大；而且随着时间的变化会偶尔出现不规则的速度大幅度变化。因此如果分布板上喷孔设置过多会使得轴向速度变化更大，更不易均匀化。

图5.26 孔50(左)、40(右)在Z=-30处轴向速度图

Figure 5.26 Hole 50 (left), 40 (right), Z =- 30axial velocity map

图5.27 孔50(左)、40(右)在Z=-40处轴向速度图

Figure 5.27 Hole 50 (left), 40 (right), Z =- 40axial velocity map

图5.28 孔50(左)、40(右)在Z=-50处轴向速度图

Figure 5.28 Hole 50 (left), 40 (right), Z =- 50axial velocity map

5.5 结论

(1)由TBS分选过程和模拟结果，可以将TBS筒体高度分为五段：顶水层、干扰层、沉降层、入料层、溢流层。不同层流场特点，层与层划分界线如表5.2所示。

表5.2 TBS分层说明

Table 5.2 Hierarchical description of TBS 溢流层 入料层 沉降层 干扰层 顶水层 流场特点 在入料管外围呈环状，溢流从此层向外溢出，进入溢流堰。特别的，在入料管壁处要比外层的轴向速度大。 流场向下运动，而外围则在上升水流的带动下向上运动；两个区域之间没有清晰的界限。 入料在上升水流中自由沉降，此处流场波动范围较小，厚度也较薄；同时与干扰层的流场流动方向相反。 上升水流与入料的下沉流混合，流场在此处大范围上下波动，同时拥有整个筒体的最大上升和下降流速。 顶水由喷孔处的细长水流逐渐变为遍布横截面的层状水流；同时在细长流之间则存在着大量的横方向运动的涡流。 分界 TBS顶端 入料管管口 入料管管口 入料均匀分布在横截面上 相反的轴向速度方向 顶水均匀分布 在横截面上 分布板 (2)各层对TBS分选效果的影响和TBS结构参数对各层的影响，如下图所示。 分布板结构(开孔率) 图5.29 各因素对分选效果的影响及影响方式

Figure 5.29 Effect of various factors on the impact of separation and the ways

不适宜，增加顶顶水层 水层的高度。 降低分选效果 干扰层 过高，增加干扰层的高度。 增加错配率 延长分选时间 筒体高度 过低，减小沉降层的厚度。 增加底流产率 沉降层 过深，减小沉降层的厚度。 增加底流产率 入料方式 入料层 溢流管插入深度 过深，不易流出；过浅，入料易进溢流。 增大，有利于入料均匀分布。 切向，有利于入料均匀分布。 提高分选效果 增加错配率 溢流管直径 溢流层 过大或过小，溢流精煤均不易流出。 增加错配率 提高分选效果