粉煤變徑脈動氣流分選過程的分離機制及參數優化隨著我國煤炭工業西進戰略的逐步實施,開展針對西部、北部地區煤炭資源儲備特點的新型煤炭分選技術勢在必行。新疆、內蒙地區煤炭資源儲量豐富,以褐煤、次煙煤等低階煤為主?，F行的濕法選煤方法在分選低階煤時,面臨煤泥水處理困難、產品水分過高等諸多難題,應用受限。論文以-6mm粉煤為研究對象,采用自主研發的變徑脈動氣流分選方法,綜合運用礦物加工學、流體力學、數值分析和數值模擬等理論,對粉煤氣流分選進行了系統的實驗、過程計算與數值模擬研究,揭示了粉煤變徑脈動氣流分選過程的強化分離機理、協同優化了分選機的結構與操作參數、闡明了物性對分選特性的影響規律。主要研究內容包括五部分:(1)粉煤變徑脈動氣流分選機脈動流場特性及強化分離機理;(2)粉煤變徑脈動氣流分選過程中結構參數和操作參數的協同優化;(3)物性差異對粉煤氣流分選過程的影響規律;(4)基于氣固兩相耦合的分選過程數值模擬;(5)粉煤變徑脈動氣流連續分選試驗。主要研究內容和重要結論如下:(1)采用波動理論,建立了線性阻尼條件下脈動氣流波動傳遞方程,研究了脈動氣流的波動傳遞機制:分選機中各處脈動速度由沿流動方向的行波和逆流動方向的行波合成,脈動速度振幅的大小主要取決于阻尼系數和變徑段速度縮放系數。(2)基于網格模型理論,數值模擬了顆粒在脈動氣流場中的阻力特性,建立了脈動氣流場顆粒繞流阻力系數經驗公式,結果表明:脈動氣流場中,阻力系數較恒定流增大;隨著脈動流速度振幅的增大,阻力系數近似線性增加;脈動頻率對阻力系數影響不大。(3)通過顆粒運動動力學分析,建立了顆粒在脈動氣流場中運動的動力學方程,采用提出的脈動氣流場顆粒繞流阻力系數經驗公式,數值計算了脈動氣流對不同密度、粒度顆粒的加速、減速效應,揭示了變徑脈動氣流分選機強化分離機理:脈動氣流的周期性累積振蕩作用可強化不同密度顆粒相互分離,借助變徑結構的減速作用可進一步提高顆粒按密度分離的趨勢。(4)實驗研究了氣體分布器結構、給料位置、直筒段高度和變徑段結構等參數對粉煤氣流分選效果的影響:氣體分布器排料口直徑越大,分選密度越低,排料口面積占分選柱底部橫截面積16%時,可能偏差最低;給料位置距底部排料口距離越近,分選密度越低,給料位置在變徑段時分選效果優于直筒段;直筒段高度越高,分選密度越高,可能偏差越小,直筒段高度超過0.75m后,分選密度和可能偏差變化不明顯;變徑段錐比越大,分選密度越小,可能偏差隨錐比變化的規律不明顯。(5)實驗研究了主風量、脈沖風量和脈沖周期等參數對粉煤氣流分選效果的影響:隨著主風量增大,分選密度和可能偏差均逐漸增大;脈沖風量增大,分選密度和可能偏差略有升高;脈沖周期延長,分選密度略有升高,可能偏差逐漸增大。(6)采用響應曲面方法,研究了主風量、脈沖風量、脈沖周期、錐比對分選密度和可能偏差的影響,建立了分選密度、可能偏差與各因素間的定量關聯式,結果表明:主風量對分選密度影響極其顯著,脈沖周期和錐比影響顯著,脈沖風量影響不顯著;主風量、脈沖周期、主風量×錐比、主風量×主風量對可能偏差影響極其顯著,脈沖風量影響顯著,錐比影響不顯著。(7)基于分選密度、可能偏差與各因素間的定量關聯式,研究了分選機結構參數與操作參數的協同匹配關系,結果表明:給定分選密度較低時,小錐比結構的分選機,分選精度更高;給定分選密度較高時,大錐比結構的分選機,分選精度更高。(8)實驗研究了密度組成、粒度組成對6~3mm粉煤氣流分選過程的影響,結果表明:煤樣的密度組成對粉煤氣流分選效果影響較小、對分級效應影響較大,粒度組成對分選效果影響較大、對分級效應影響較小;粗粒級含量越多、分選密度越低,高密度級含量越多,分級粒度越低;某密度級分配率應等于各粒級相應密度級分配率的加權之和,某粒級分配率應等于各密度級相應粒級分配率的加權之和。(9)綜合考察了粉煤變徑脈動氣流分選過程中分選效果與分級效應的關系:隨著主風量的變化,分選密度、分級粒度均與主風量呈正相關性;分選可能偏差與主風量呈正相關性,分級可能偏差與主風量呈負相關性。(10)采用DDPM與DEM模型相耦合的方法,考慮固相體積分數與顆粒間碰撞作用,數值模擬了粉煤變徑脈動氣流分選過程。DDPM+DEM模型適用于不同處理量和風量條件下的分選過程模擬,DPM模型僅適用于低處理量條件下的分選過程模擬。(11)DDPM+DEM模型數值模擬結果表明:加入顆粒前,分選機內壓降值隨脈動氣流作周期性變化,此時的壓降主要為沿程壓力損失;加入顆粒后,流場均勻性降低,壓降值急劇增加,且分選機處理量越高,壓降增加越明顯,此時的壓降主要為離散相顆粒加入導致風阻增大而造成的壓力損失。(12)采用數值模擬方法研究了操作制度對粉煤氣流分選效果的影響規律,建立了分選密度與分選機風量和處理量的數學模型。(13)對6~3mm、