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微泡發生器流體動力學機理及其仿真與應用
作者：
李浙昆
分類：
科學•自然
／
物理
叢書系列：崧燁-一般叢書
出版社：
崧燁文化
出版日期：2018/9/28
ISBN：9789577354686
書籍編號：kk0475393
頁數：364
定價：
600
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內容簡介
書籍目錄
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微泡發生器流體動力學機理及其仿真與應用 內容簡介 本書是作者十餘年來對微泡發生器的研究與開發、對流體動力學研究的總結。內容主要分為三個部分。 第一部分：以射流式微泡發生器為例，研究了微泡發生器流體動力學機理、微泡生成機理及射流微泡發生器、微泡生成三相流力學機理、基於CFD的數值模擬分析、浮選柱數學模型及微泡礦化機理。第二部分：應用實例研究，研究了射流式微泡發生器、旋流式微泡發生器、混流式微泡發生器、自吸式剪切流微孔微泡發生器等流體型微泡發生器的性能，研發了微泡發生器性能分析評價系統。第三部分：採用電導法檢測液位、泡沫層厚度的研究，研發了檢測液位、泡沫層及其傳感器，設計了檢測裝置。 書中包含作者多年的研究經驗和研究成果，可以作為研究生和大學生的學習參考，也可以作為科研人員、工程技術人員從事微泡發生器開發、微泡浮選、微細粒物質分離等應用的參考。
目錄 第一部分 微泡發生器流體動力學機理研究 ———以射流式微泡發生器為例 第一章 緒論/ 3 1. 1 資源問題/ 3 1. 1. 1 資源危機/ 3 1. 1. 2 中國的資源消耗/ 5 1. 1. 3 中國礦產資源的特點及面臨的任務/ 7 1. 2 浮選概述/ 8 1. 2. 1 浮選發展簡況/ 8 1. 2. 2 微泡浮選的發展應用簡況/ 9 1. 3 微泡浮選關鍵技術分析/ 12 1. 3. 1 微泡發生器/ 12 1. 3. 2 微泡發生器研究近況/ 13 1. 4 選題及研究內容/ 15 1. 4. 1 選題背景/ 15 1. 4. 2 研究意義/ 17 1. 4. 3 研究內容/ 17 第二章 微泡生成機理及射流微泡發生器的研究/ 19 2. 1 射流式微泡發生器工作原理/ 19 2. 2 微泡生成力學機理研究/ 21 2. 2. 1 氣核作用/ 21 2. 2. 2 機理分析/ 22 2. 2. 2. 1 微泡析出機理/ 22 2. 2. 2. 2 吸氣生成微泡機理/ 24 2. 2. 2. 3 孔板及擴散管的作用/ 28 2. 3 微泡生成的尺寸與分散/ 29 2. 3. 1 微泡的尺寸/ 29 2. 3. 1. 1 析出微泡的尺寸/ 30 2. 3. 1. 2 孔板對微泡尺寸的影響/ 31 2. 3. 1. 3 射流生成微泡的尺寸/ 31 2. 3. 2 氣泡的分散/ 32 2. 4 微泡生成過程及力學分析/ 33 2. 4. 1 力學分析/ 33 2. 4. 2 微泡生成過程分析/ 38 2. 4. 2. 1 氣泡破碎機理分析/ 38 2. 4. 2. 2 氣泡兼併作用分析/ 44 2. 4. 2. 3 氣泡的結群/ 45 2. 4. 2. 4 氣泡在礦漿中的運動/ 46 2. 4. 3 礦粒對微泡生成的作用/ 46 2. 5 微泡發生器結構分析/ 47 2. 5. 1 噴嘴/ 48 2. 5. 2 吸氣室及進氣管/ 49 2. 5. 3 混合室/ 49 2. 5. 4 孔板/ 50 2. 5. 5 喉管/ 50 2. 5. 6 擴散管/ 51 2. 6 微泡發生器充氣性能分析/ 52 2. 6. 1 充氣量/ 52 2. 6. 1. 1 射流速度對充氣量的影響/ 52 2. 6. 1. 2 微泡發生器的結構對充氣量的影響/ 53 2. 6. 2 氣泡分散度/ 54 2. 6. 3 氣泡分佈/ 55 2. 6. 4 含氣率/ 55 2. 7 本章總結/ 57 第三章 微泡生成三相流力學機理研究/ 58 3. 1 流體力學發展概述/ 58 3. 2 多相流研究概述/ 59 3. 2. 1 研究概況/ 60 3. 2. 2 顆粒軌道模型/ 62 3. 2. 3 歐拉多相模型/ 64 3. 2. 4 雙流體模型/ 64 3. 2. 4. 1 雙流體模型及其發展/ 64 3. 2. 4. 2 歐拉及拉格朗日觀點比較和雙流體模型通式/66 3. 2. 5 氣、固、液三流體模型/ 67 3. 2. 6 紊流模型/ 68 3. 3 微泡發生器內三相流流動分析/ 69 3. 3. 1 紊流流動/ 69 3. 3. 2 射流傳質/ 70 3. 3. 3 相間耦合/ 70 3. 3. 3. 1 氣液相間的動量傳遞/ 71 3. 3. 3. 2 氣固、液固相間的動量傳遞/ 73 3. 3. 3. 3 相間湍流相互作用/ 73 3. 3. 3. 4 相內作用/ 73 3. 3. 4 物理模型分析/ 74 3. 4 三相流混合模型的建立/ 75 3. 4. 1 瞬態方程組/ 76 3. 4. 2 時均方程組/ 78 3. 4. 3 湍流封閉模型/ 80 3. 5 常數及符號/ 84 3. 6 本章小結/ 85 第四章 基於ＣＦＤ 的數值模擬分析/ 87 4. 1 ＣＦＤ 概述及ＦＬＵＥＮＴ 軟件/ 88 4. 1. 1 ＣＦＤ 的發展概況/ 88 4. 1. 2 ＣＦＤ 數值模擬方法及主要流程/ 88 4. 1. 3 ＦＬＵＥＮＴ 軟件簡述/ 90 4. 2 微泡發生器中的兩相流數值模擬/ 91 4. 2. 1 計算域及數值計算模型/ 91 4. 2. 2 邊界條件及基本參數/ 92 4. 2. 3 數值模擬結果分析/ 93 4. 3 微泡發生器中的三相流數值模擬/ 98 4. 3. 1 微泡發生器總體結構/ 98 4. 3. 2 數值計算邊界條件/ 99 4. 3. 3 三相流的基本參數/ 99 4. 3. 4 計算域、控製方程和計算方法/ 99 4. 3. 5 仿真模擬與計算分析/ 100 4. 3. 5. 1 噴嘴處礦漿噴射速度的仿真模擬與計算分析/100 4. 3. 5. 2 速度分佈/ 101 4. 3. 5. 3 壓力分佈/ 107 4. 3. 5. 4 湍動能分佈/ 110 4. 3. 5. 5 各相份額及分佈/ 111 4. 4 本章總結/ 113 第五章 浮選柱數學模型及微泡礦化機理研究/ 114 5. 1 浮選速率方程/ 114 5. 2 浮選柱內礦粒的滯留時間/ 115 5. 3 微泡礦化力學機理研究/ 115 5. 3. 1 單個礦粒與單微泡的附著/ 116 5. 3. 2 礦粒群與單微泡的附著/ 118 5. 3. 3 單層附著/ 118 5. 3. 4 多層附著/ 120 5. 4 礦化微泡的特性/ 123 5. 4. 1 礦化微泡等速方程/ 123 5. 4. 2 空氣與礦漿的流速比/ 123 5. 4. 3 礦化微泡密度/ 124 5. 4. 4 礦化微泡直徑/ 125 5. 5 微泡礦化的影響因素/ 126 5. 5. 1 礦粒疏水性對微泡礦化的影響/ 126 5. 5. 2 微泡直徑對微泡礦化的影響/ 126 5. 5. 3 礦粒粒度對微泡礦化的影響/ 127 5. 6 本章小結/ 127 第二部分 應用實例 第六章 射流式微泡發生器性能實驗研究/ 131 6. 1 實驗裝置/ 131 6. 2 設計特點/ 133 6. 3 實驗結果分析/ 133 6. 3. 1 工藝參數的實驗研究/ 133 6. 3. 1. 1 介質流量及其壓力的影響/ 134 6. 3. 1. 2 背壓的影響/ 136 6. 3. 1. 3 進氣量的影響/ 137 6. 3. 1. 4 充氣壓力的影響/ 138 6. 3. 2 結構參數的實驗研究/ 139 6. 3. 2. 1 噴嘴到喉管入口間距的影響/ 139 6. 3. 2. 2 喉管結構形式及長徑比的影響/ 142 6. 3. 2. 3 孔板(或篩網) 的影響/ 143 6. 3. 2. 4 擴散管接入方式的影響/ 144 6. 4 本章總結/ 146 第七章 旋流式微泡發生器/ 147 7. 1 旋流式微泡發生器的設計與仿真/ 147 7. 1. 1 旋流式微泡發生器的工作原理/ 147 7. 1. 2 旋流式微泡發生器的主要參數/ 148 7. 1. 2. 1 入水口直徑/ 148 7. 1. 2. 2 內腔直徑/ 149 7. 1. 2. 3 空氣吸口直徑/ 149 7. 1. 2. 4 混合物出口直徑/ 149 7. 1. 3 旋流式微泡發生器的三維仿真分析/ 149 7. 1. 3. 1 旋流式微泡發生器的三維建模/ 150 7. 1. 3. 2 旋流式微泡發生器的仿真參數設定/ 150 7. 1. 3. 3 反應流場特性的幾個主要參數/ 151 7. 1. 3. 4 旋流自吸式微泡發生器內腔直徑的參數設計/152 7.1.3.5旋流自吸式微泡發生器空氣吸口直徑的參數設計/157 7.1.3.6旋流自吸式微泡發生器混合物出口直徑的參數設計/161 7. 1. 3. 7 最終模型確定/ 163 7. 1. 3. 8 仿真小結/ 163 7. 2 旋流式微泡發生器的實驗研究/ 164 7. 2. 1 旋流式微泡發生器的實物加工/ 164 7. 2. 2 實驗原理與裝置/ 166 7. 2. 3 微泡尺寸與工況參數的關係/ 167 7. 2. 4 實驗小結/ 172 第八章 混流式微泡發生器的性能研究/ 173 8. 1 混流式微泡發生器的設計與仿真/ 173 8. 1. 1 混流式微泡發生器的基本結構/ 173 8. 1. 2 混流式微泡發生器的工作原理/ 175 8. 1. 2. 1 基本性能方程/ 175 8. 1. 2. 2 充氣性能方程/ 178 8. 1. 3 混流式微泡發生器基本性能的評價方法/ 180 8. 1. 3. 1 混流式微泡發生器內部流場流型/ 180 8. 1. 3. 2 微泡尺寸計算與測試/ 183 8. 2 混流式微泡發生器內流場數值模擬/ 186 8. 2. 1 微泡發生器內部三相流場仿真研究/ 186 8. 2. 2 仿真結果分析/ 187 8. 2. 2. 1 噴嘴性能分析與評價/ 187 8. 2. 2. 2 喉管性能分析與評價/ 194 8. 2. 2. 3 擴散管性能分析與評價/ 200 8. 2. 2. 4 浮選柱高度對微泡發生器性能的影響/ 203 8. 2. 3 仿真小結/ 204 第九章 自吸式剪切流微孔微泡發生器的研究/ 205 9. 1 影響微孔成泡的因素/ 205 9. 1. 1 孔口特性的影響/ 205 9. 1. 2 氣室體積的影響/ 206 9. 1. 3 浸沒深度的影響/ 207 9. 1. 4 液體的表面張力和氣孔的潤濕性的影響/ 207 9. 1. 5 液體粘度的影響/ 208 9. 1. 6 液體密度的影響/ 208 9. 1. 7 氣體流率的影響/ 209 9. 1. 8 連續相速度的影響/ 210 9. 2 在剪切流下的小孔成泡/ 211 9. 2. 1 單個成泡/ 211 9. 2. 2 脈動成泡/ 212 9. 2. 3 噴射成泡/ 212 9. 2. 4 氣穴成泡/ 213 9. 3 文丘里管/ 213 9. 4 多孔材料/ 215 9. 4. 1 有機泡沫浸漬法/ 215 9. 4. 2 發泡法/ 216 9. 4. 3 添加造孔劑法/ 216 9. 5 自吸式剪切流微孔微泡發生器的仿真分析/ 217 9. 5. 1 文丘里式－多孔介質微泡發生器的結構研究/ 218 9. 5. 2 使用ＦＬＵＥＮＴ 對自吸式剪切流微孔微泡發生器的選優設計/ 218 9. 5. 2. 1 已知數據/ 218 9. 5. 2. 2 模型簡化/ 219 9. 5. 2. 3 數值模擬參數設置/ 219 9. 5. 2. 4 入口半錐角α 的優化/ 220 9. 5. 2. 5 出口半錐角對β 的優化/ 223 9. 5. 2. 6 喉管長度ｌ 的確定/ 227 9.5.2.7 陶瓷微孔膜管內徑ｄ 對微泡發生器性能的影響/230 9. 5. 2. 8 氣室空氣入口數量的確定/ 232 9. 5. 2. 9 最終使用模型的確定/ 233 9. 5. 3 仿真小結/ 234 9. 6 自吸式剪切流微孔微泡發生器的實驗研究/ 235 9. 6. 1 實驗裝置/ 235 9. 6. 2 自吸狀態下水流速度與微泡大小和含氣率之間的關係/ 2 9. 6. 3 氣流率和剪切流速度對微泡粒徑的影響/ 237 9. 6. 4 實驗小結/ 238 第十章 微泡發生器性能分析評價系統研發/ 239 10. 1 系統概述/ 239 10. 1. 1 系統開發相關工具/ 239 10. 1. 2 系統總體結構/ 241 10. 2 參數化建模及網格劃分模塊/ 241 10. 2. 1 微泡發生器結構的參數化/ 242 10. 2. 2 模塊實現方法/ 244 10. 2. 3 參數化建模及網格劃分模塊開發/ 247 10. 3 分析求解及操作參數離散化模塊/ 251 10. 3. 1 模塊實現方法/ 251 10. 3. 2 求解模塊開發/ 253 10. 3. 3 操作參數離散化開發/ 256 10. 4 性能評價模塊開發/ 257 10. 4. 1 模塊實現方法/ 257 10. 4. 2 模塊開發/ 258 10. 5 數據管理模塊/ 259 10. 5. 1 模塊實現方法/ 259 10. 5. 2 數據庫設計/ 259 10. 5. 3 數據查詢模塊開發/ 262 10. 6 性能分析實例/ 263 10. 7 研發小結/ 264 第三部分 電導法檢測液位、泡沫層的研究 第十一章 檢測液位、泡沫層及其傳感器研究/ 268 11. 1 泡沫層厚度、液位高度對浮選的影響/ 268 11. 1. 1 泡沫層結構/ 268 11. 1. 2 泡沫層性質/ 269 11. 1. 3 液位高度對浮選的影響/ 270 11. 2 浮選柱液位檢測方法分析/ 271 11. 3 電導式浮選液位傳感器的研究/ 274 11.3. 1 電導率液位檢測法原理/ 275 11. 3. 2 靜態礦漿與礦化泡沫物理特性的研究/ 276 11. 3. 3 小型浮選槽試驗/ 278 11. 3. 4 試驗結論/ 282 11. 4 電導式浮選液位傳感器的設計/ 282 11. 4. 1 檢測原理/ 283 11. 4. 2 電導率液位傳感器結構設計/ 283 11. 4. 3 電導率液位傳感器控製電路設計/ 285 11. 4. 4 傳感器檢測電路和Ａ/ Ｄ 轉換電路精度測試/ 287 11. 5 本章小結/ 289 12 微泡發生器流體動力學機理及其仿真與應用 第十二章 檢測裝置設計/ 291 12. 1 電阻式遠傳壓力表/ 292 12. 2 檢測裝置硬件實現/ 293 12. 2. 1 控製芯片的選擇/ 293 12. 2. 2 時鐘電路與復位電路/ 294 12. 2. 3 Ａ/ Ｄ 轉換電路/ 295 12. 2. 4 串口通信電路/ 296 12. 2. 5 鍵盤與顯示電路/ 298 12. 2. 6 系統電源/ 299 12. 3 檢測軟件設計/ 299 12. 3. 1 數字濾波/ 301 12. 3. 2 檢測系統初始化/ 302 12. 3. 3 壓力檢測程序/ 303 12. 3. 4 液位傳感器的信號採集及預處理程序/ 303 12. 3. 5 液位高度及泡沫層厚度判定程序/ 304 12. 3. 6 報警程序/ 307 12. 3. 7 串行中斷程序/ 308 12. 3. 8 上位機程序設計/ 309 12. 3. 8. 1 Ｗｉｎｄｏｗｓ 環境下串行通信的實現/ 3 12. 3. 8. 2 上位機監測系統的功能要求/ 311 12. 3. 8. 3 上位機程序的實現/ 311 12. 4 實際檢測實驗/ 312 12. 4. 1 工作背壓對微泡發生器性能的影響/ 313 12. 4. 2 微泡發生器工作壓力對泡沫層厚度的影響/ 315 12. 4. 3 進氣閥開度對泡沫層的影響/ 318 12. 5 本章小結/ 320 第十三章 總結與展望/ 321 13. 1 研究成果/ 321 13. 2 展望/ 323 參考文獻/ 324 總結與展望/ 335
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