選礦數(shù)值試驗(yàn)研究發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

高淑玲 黃秀挺 魏徳洲 崔寶玉 沈巖柏 易浩然

(東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110819)

選礦數(shù)值試驗(yàn)研究發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

高淑玲 黃秀挺 魏徳洲 崔寶玉 沈巖柏 易浩然

(東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110819)

目前，選礦試驗(yàn)研究仍停留在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的層面上，完成一項(xiàng)研究需要耗費(fèi)大量的人力、物力和時(shí)間，而計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬具有不需實(shí)驗(yàn)設(shè)備、不需重復(fù)試驗(yàn)、可避免干擾因素對試驗(yàn)的影響等突出優(yōu)點(diǎn)，如今已逐漸成為科學(xué)研究不可或缺的有效手段。在礦物加工研究領(lǐng)域，計(jì)算流體力學(xué)(CFD)方法、離散元法(DEM)、CFD-DEM耦合等數(shù)值模擬方法被越來越多地應(yīng)用于分選空間中單相流和多相流的數(shù)值模擬之中。為給選礦工作者進(jìn)行選礦數(shù)值試驗(yàn)研究提供參考，綜述了選礦試驗(yàn)研究及其數(shù)值模擬研究的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了探索選礦數(shù)值試驗(yàn)研究的必要性，并分別對分選空間中的流場特征數(shù)值模擬、磁場特征數(shù)值模擬、顆粒在分選空間的運(yùn)動行為數(shù)值模擬等關(guān)鍵問題的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了詳述，在此基礎(chǔ)上提出了選礦數(shù)值試驗(yàn)的重點(diǎn)研究內(nèi)容和發(fā)展方向。

選礦 數(shù)值試驗(yàn) 流場特征 磁場特征 顆粒運(yùn)動行為

礦物分選過程的實(shí)質(zhì)是顆粒在充滿多相流體的分選空間內(nèi)，通過運(yùn)動差異實(shí)現(xiàn)分離，其內(nèi)因是顆粒間存在的物理和化學(xué)性質(zhì)的差異，其外因則在于分選空間內(nèi)的流場特征及外加力場的作用。多年來，選礦工作者不斷地充實(shí)并發(fā)展了選礦理論，但顆粒在分選過程中的運(yùn)動行為至今尚未建立起適宜的模型，選礦試驗(yàn)研究也大都停留在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)[1-3]的層面上，完成一項(xiàng)試驗(yàn)研究需要耗費(fèi)大量的人力、物力和時(shí)間。

數(shù)值試驗(yàn)是指采用數(shù)值模擬方法研究試驗(yàn)過程，與實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)相比，具有不需實(shí)驗(yàn)設(shè)備、不需重復(fù)試驗(yàn)、可避免干擾因素對試驗(yàn)的影響等突出優(yōu)點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值算法的發(fā)展，計(jì)算機(jī)模擬逐漸成為科學(xué)研究不可或缺的有力手段，并獲得了越來越多的應(yīng)用。在礦物加工研究領(lǐng)域，應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamics，簡稱CFD)的原理和方法對分選流場進(jìn)行數(shù)值模擬已經(jīng)獲得廣泛共識，目前已被成功用于分級[4-5]、濃縮[6]、重介質(zhì)分選[7-8]、跳汰分選[9]、浮選[10-11]等工藝過程的研究之中。

離散元法(Discrete Element Method，簡稱DEM)是一種處理非連續(xù)體(離散相)受力分析的數(shù)值模擬方法[12]，在采礦工程、巖土工程、機(jī)械工程和礦物加工等領(lǐng)域均得到了應(yīng)用[13-14]。目前，離散元法在選礦中的應(yīng)用主要集中在對篩分和磨礦過程的模擬上[15-17]。該方法對離散相的成功模擬無疑為礦物顆粒在流場中的運(yùn)動行為研究提供了一個(gè)切實(shí)可行的研究途徑，從而使計(jì)算流體力學(xué)與離散元法相結(jié)合的數(shù)值模擬方法(CFD-DEM耦合法)應(yīng)運(yùn)而生。

應(yīng)用CFD-DEM耦合法對固體顆粒-流體系統(tǒng)進(jìn)行模擬，是近幾年國內(nèi)外礦物加工研究領(lǐng)域出現(xiàn)的一個(gè)新方向，迄今為止，見諸報(bào)道的研究有流化床、攪拌磨和重介質(zhì)旋流器等設(shè)備內(nèi)的氣固或液固兩相流流動特征的模擬等[18-21]。利用這一方法模擬礦物顆粒在流場中的運(yùn)動行為無疑是適宜的，尤其是用來對顆粒受力和運(yùn)動特征進(jìn)行定量描述，為選礦數(shù)值試驗(yàn)研究提供了一種新穎而有效的途徑。

數(shù)值模擬研究手段的日趨成熟，為開展選礦數(shù)值試驗(yàn)創(chuàng)造了極為有利的條件。根據(jù)數(shù)值模擬手段在選礦試驗(yàn)研究中的應(yīng)用背景及降低實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究成本的需求，用數(shù)值試驗(yàn)代替實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)進(jìn)行研究值得人們探索。本文擬從分選空間流場特征、磁場特征、顆粒在分選空間的運(yùn)動行為的數(shù)值模擬等方面展開論述，分析選礦數(shù)值試驗(yàn)研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。

1 分選空間中流場特征的數(shù)值模擬

分選空間內(nèi)流場的數(shù)值模擬是進(jìn)行選礦數(shù)值試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)，據(jù)此可以確定離散相速度、壓強(qiáng)、動能等在三維空間的分布特征，并查明設(shè)備主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)對其流場特征的影響，為顆粒運(yùn)動行為的模擬奠定基礎(chǔ)。

1.1 水力旋流器流場特性

對于旋流器流場的數(shù)值模擬，最初主要圍繞油水分離展開，后來陸續(xù)出現(xiàn)了用于煤炭分選的DSM重介質(zhì)旋流器流場的研究。然而，大部分旋流器流場數(shù)值模擬都是在固定的條件下進(jìn)行，很少涉及結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)對流場特性的影響。

筆者曾采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型模擬了旋流器在不同參數(shù)條件下的流場特征[22]，研究發(fā)現(xiàn)，在旋流器流場中存在著非對稱的等軸向速度面，增大底流口直徑，流場內(nèi)的流速降低，零軸向速面向上收縮；增大錐角后，軸向零速面的位置隨之改變，且其和底流口直徑對流場特征存在交互影響。另外，在旋流器有效分離區(qū)域內(nèi)的水平截面上，切向速度的等值線呈類圓環(huán)狀分布；增大入口壓強(qiáng)時(shí)，流速分布特征基本保持不變，但流體質(zhì)點(diǎn)的切向速度值及其梯度明顯增大，由此致使高密度顆粒向邊壁的運(yùn)動速度加快，從而強(qiáng)化了旋流器的分選作用，只是這種影響沿旋流器的軸向自上而下逐漸減弱。

崔寶玉等[23]采用RSM(Reynolds Stress Model)湍流模型和VOF(Volume of Fluid)多相流模型，對旋流器中空氣柱的形成過程及其影響因素進(jìn)行模擬研究。結(jié)果顯示，在給礦0.7 s后，空氣柱即可基本成型，且通過數(shù)值模擬所獲得的空氣柱形狀與采用PIV(Particle Image Velocimetry)測試時(shí)拍攝的結(jié)果一致；旋流器錐角、底流口直徑和溢流口直徑等結(jié)構(gòu)參數(shù)對空氣柱直徑均具有明顯影響，其中以溢流口直徑的影響最為顯著，而在一定的結(jié)構(gòu)參數(shù)條件下增大給礦量時(shí)，空氣柱直徑基本保持恒定。

1.2 螺旋溜槽流場特性

圍繞離心力和重力復(fù)合力場的數(shù)值模擬，近年來國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)主要集中在旋流器上，而有關(guān)螺旋溜槽的模擬研究則相對薄弱。澳大利亞新南威爾士大學(xué)的Matthews等采用RNG k-ε湍流模型和VOF方法對螺旋溜槽流場進(jìn)行數(shù)值模擬[24]，獲得了水流橫向剖面輪廓、主流速度分布、水深分布、不同徑向位置的雷諾數(shù)變化曲線、不同水深處的速度等數(shù)值特征。研究表明，當(dāng)給礦量為6 m3/h時(shí)，螺旋溜槽上的自由表面充分發(fā)展，通過模擬獲得的在不同徑向距離處的水深值與試驗(yàn)值非常接近，除了在溜槽外端出現(xiàn)的5.5，7.8，10.3 mm，比對應(yīng)的測試值6.5，9.0，14.0 mm低以外，其他位置的模擬結(jié)果與測試值基本一致；水深隨徑向距離的變化趨勢也與測試值一致，即水流深度沿徑向從內(nèi)向外逐漸增加，而溜槽邊壁對水流的影響越來越小，因此流速從內(nèi)向外亦不斷增加，流態(tài)由層流逐漸發(fā)展為過渡流和紊流；另外，數(shù)值模擬所獲得的二次環(huán)流特征也與試驗(yàn)現(xiàn)象基本一致。

Kapur和Meloy為了開發(fā)一個(gè)簡單有效的模型用于工業(yè)螺旋溜槽的設(shè)計(jì)，對螺旋溜槽的幾何參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)描述，并研究了用于層流、河道徑流、過渡流和湍流等水文流態(tài)的冪次定律對螺旋溜槽流場模擬的適應(yīng)性[25]。結(jié)果表明，在所檢驗(yàn)的4個(gè)定律中，采用過渡流或混合流的冪次定律來模擬螺旋溜槽流場是最適宜的，如水面輪廓、流速、水深和流量等流場參數(shù)都由此獲得了比較準(zhǔn)確的描述。

筆者嘗試采用k-ε湍流模型和VOF多相流模型對直徑為300 mm的螺旋溜槽進(jìn)行氣水兩相流數(shù)值模擬[26]，并討論了螺距和給礦量對水相流速和水層厚度的影響。通過數(shù)值模擬可以發(fā)現(xiàn)水相流速沿槽底呈明顯的條帶狀分布，而其速度值沿槽深方向逐漸升高，沿徑向從內(nèi)向外逐漸增大；增大螺距對水層厚度基本沒有影響，而水相流速隨之增加；給礦流量對水層厚度和水相流速的大小均具有明顯影響，但對流場的分布特征影響甚微。

1.3 浮選機(jī)流場特性

由于浮選過程的多變性和復(fù)雜性，人們很難用某種測試手段對其影響因素進(jìn)行有效測量，從而使數(shù)值模擬成為研究浮選過程的一個(gè)重要工具。數(shù)值模擬正式用于浮選過程的研究始于1995年[27]，2005年之后CFD模擬在浮選領(lǐng)域的應(yīng)用研究逐漸增多，現(xiàn)在幾乎所有的大型浮選機(jī)制造商(如Outokumpu、Outotec等)，在浮選機(jī)的研發(fā)制造過程均應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，以提升浮選機(jī)的分選效率，降低設(shè)計(jì)制造成本。

目前應(yīng)用CFD對浮選機(jī)流場進(jìn)行的數(shù)值模擬包括單相流和多相流2個(gè)方面。通過單相流數(shù)值模擬可以獲得水流的壓強(qiáng)分布、速度分布、循環(huán)結(jié)構(gòu)、湍流分布等無法直接觀察和測量的流場數(shù)據(jù)，以便于理解和改進(jìn)浮選作業(yè)。例如，芬蘭的Xia Jiliang等對浮選機(jī)內(nèi)部流場特性進(jìn)行了系統(tǒng)的數(shù)值模擬[28]，獲得了詳盡的流線分布、流速分布及壓力系數(shù)分布特征。此項(xiàng)研究表明，在整個(gè)浮選槽內(nèi)存在2個(gè)主要的回流區(qū)，上部回流區(qū)的液流逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，而下部回流區(qū)的液流則順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；最高流速出現(xiàn)在旋轉(zhuǎn)葉輪后，同時(shí)伴隨有漩渦的產(chǎn)生，這種螺旋形的回流區(qū)形如噴射流，加強(qiáng)了流體的紊動和混合，并且此處的流速高于葉片的轉(zhuǎn)速，而這種漩渦也曾在試驗(yàn)過程中被發(fā)現(xiàn)；壓力系數(shù)云圖顯示較高的壓力系數(shù)出現(xiàn)在定子的上部區(qū)域及轉(zhuǎn)子的外邊緣。

在多相流模擬方面，Song T等[29]通過氣液兩相流數(shù)值模擬，分別得到了浮選槽中氣液兩相流的速度分布特征和氣相體積分?jǐn)?shù)，并據(jù)此判斷氣泡的彌散程度。此外，中國礦業(yè)大學(xué)的曾鳴等[30]建立了浮選柱內(nèi)部流動的兩相流流動方程，給出了方程中各未知變量的具體算法，并以此對浮選柱內(nèi)的氣液兩相流進(jìn)行數(shù)值模擬，獲得了兩相流速等值線分布圖。Ta C T等[31]通過液固兩相流的模擬，可以得到不同性質(zhì)的顆粒在液相流場中的分布情況及運(yùn)動行為，進(jìn)而探討礦物顆粒的大小、密度、親(疏)水性以及礦漿濃度等因素對流場特征的影響規(guī)律。

由于在浮選礦漿中存在著氣泡的生成、氣泡與礦物顆粒的碰撞、黏結(jié)、分離等諸多過程，因此對浮選空間中的三相流進(jìn)行數(shù)值模擬是一個(gè)較為困難的課題，目前這方面的研究還不多見。我國的沈政昌、陳建華等[32]在系統(tǒng)研究KYF機(jī)械攪拌浮選機(jī)內(nèi)單相流和兩相流的基礎(chǔ)上，采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型，對浮選機(jī)內(nèi)三相流場進(jìn)行了數(shù)值模擬，考察了顆粒性質(zhì)(分別將氧化礦和硫化礦抽象為具有不同密度的固體顆粒)和液體黏度對流場特征的影響，并采用數(shù)碼相機(jī)對氣泡進(jìn)行拍照觀察，在此基礎(chǔ)上還進(jìn)行了大型化浮選機(jī)的數(shù)值模擬試驗(yàn)及工業(yè)驗(yàn)證。

澳大利亞CSIRO的Schwarz博士和Koh博士等對實(shí)驗(yàn)室型機(jī)械攪拌式浮選機(jī)進(jìn)行了基于CFD的三相流數(shù)值模擬[33-36]，著重研究了氣泡的生成及其與礦物顆粒發(fā)生碰撞和黏著的過程，得到了氣相體積分?jǐn)?shù)的分布特征、氣泡直徑分布特征、氣泡與顆粒黏著率以及浮選速度系數(shù)等一系列數(shù)據(jù)。研究結(jié)果表明，微細(xì)顆粒由于液相流線的影響，會圍繞氣泡發(fā)生滑移，所以較難回收；氣泡與顆粒的黏結(jié)體進(jìn)入浮選機(jī)泡沫層的幾率是影響浮選效率的關(guān)鍵因素。

2 分選空間中磁場特征的數(shù)值模擬

由于結(jié)構(gòu)簡單磁系的磁場特性一般可通過數(shù)學(xué)解析法獲得，因而數(shù)值模擬更適于用來查明結(jié)構(gòu)復(fù)雜、形狀不規(guī)則磁系的磁場特性。例如，劉晨敏等采用Magnet軟件對對極式永磁磁選機(jī)的磁系進(jìn)行了磁場特性的數(shù)值試驗(yàn)研究[37]，并將數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)測值進(jìn)行了對比和分析。通過數(shù)值模擬查明了磁極間距對磁場強(qiáng)度的影響曲線，同時(shí)可以看出磁場強(qiáng)度會隨著組成磁極的永磁體塊數(shù)的增加而增大，但其增幅會隨著磁極間距的增大而逐漸減小。模擬所得的磁場強(qiáng)度的變化趨勢與實(shí)測值的變化趨勢相似，只是當(dāng)磁極表面距分選空間對稱中心的距離處于不同區(qū)間時(shí)，模擬曲線與實(shí)測曲線在數(shù)值及變化率上存在一定偏差，而這些相對偏差都小于10%。因此可見，利用Magnet提供的數(shù)值計(jì)算方法對磁選機(jī)的磁場特性進(jìn)行模擬是適宜的，也是較為可靠的。

中南大學(xué)黃雄林、湯玉河等[38]利用ANSYS有限元方法對周期式水平磁系高梯度磁選機(jī)中磁聚介質(zhì)的磁場特性進(jìn)行數(shù)值模擬，以0.3 T為背景磁感應(yīng)強(qiáng)度，獲得了磁力線分布、磁場強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度的等值線圖，并重點(diǎn)探討了介質(zhì)棒直徑對他們的影響。研究結(jié)果表明，介質(zhì)棒直徑增加后，磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值均隨之降低，但其有效捕集面積和作用深度卻隨之不斷增大，采用以此為指導(dǎo)研制的磁選機(jī)分選梅山鐵礦石，獲得的生產(chǎn)指標(biāo)優(yōu)于原工藝流程，這進(jìn)一步說明了數(shù)值試驗(yàn)的可靠性和適用性。

3 顆粒在分選空間中運(yùn)動行為的數(shù)值模擬

對于顆粒流的數(shù)值模擬，主要包括多相流方法和離散元法。根據(jù)流體力學(xué)理論，多相流方法包括歐拉-歐拉法和歐拉-拉格朗日法2大類[39]。2種方法的區(qū)別在于，前者將固體顆粒視為流體，而后者則將其視為分散相，從這一點(diǎn)來講，采用拉格朗日法模擬顆粒運(yùn)動行為更符合其物理性質(zhì)，而且能夠捕捉每一個(gè)顆粒的運(yùn)動軌跡，不足是僅適于固相體積分?jǐn)?shù)較低的稀疏顆粒流。與拉格朗日法相比，歐拉法則可以處理固相體積分?jǐn)?shù)較高的流場，但它不適于模擬運(yùn)動行為復(fù)雜的顆粒流，此時(shí)難以捕捉到顆粒的運(yùn)動軌跡。由于離散元法考慮了顆粒間的相互作用，因此從某種角度講，通過它可以更準(zhǔn)確地獲得顆粒的受力、空間位置、速度、能量變化等信息。

Narasimha等[40]采用基于拉格朗日法的DPM(Discrete Phase Model)離散相模型研究了水力旋流器底流口直徑和入口流速對分級效率的影響，所得模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果在定性分析上具有較好的一致性。筆者在對直徑為300 mm的螺旋溜槽進(jìn)行流場模擬的基礎(chǔ)上，通過DPM離散相耦合運(yùn)算，對顆粒在螺旋溜槽中的運(yùn)動行為進(jìn)行模擬[26]，并探討了顆粒密度、螺距、給礦量對顆粒運(yùn)動行為的影響。結(jié)果表明，在相同的流場條件下，顆粒運(yùn)動速度極值與其密度大小呈負(fù)相關(guān)；增大螺距可使顆粒的運(yùn)動速度明顯增加，其對高密度顆粒的影響更大，有利于加速顆粒分帶；給礦量增大后，顆粒運(yùn)動的隨機(jī)性增大，尤其對低密度顆粒的影響更為明顯，分帶延遲，不利于分選過程的進(jìn)行。

埃及的Doheim等[41]基于湍流模型和歐拉方法，對螺旋溜槽中的顆粒流進(jìn)行數(shù)值模擬，重點(diǎn)研究了顆粒的運(yùn)動速度、分布和濃度等特征，并將顆粒流特性的預(yù)測結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，結(jié)果顯示2種試驗(yàn)研究所得結(jié)果具有良好的一致性，其中以采用RNG k-ε湍流模型-歐拉法所獲得的預(yù)測結(jié)果最為準(zhǔn)確，而且此湍流模型的運(yùn)行時(shí)間也最為適度。因此應(yīng)用該數(shù)值方法模擬螺旋溜槽中的顆粒流是可靠的，可以將之作為解決工業(yè)上類似問題的參考。

印度的Mishra和Alok Tripathy采用離散元法來模擬螺旋溜槽中的顆粒流[42]，可以計(jì)算得出當(dāng)分離器置于不同位置時(shí)顆粒的分離效率。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)其徑向距離為0.15 m、螺旋高度在螺旋排料口以上0.25 m時(shí)，分離效率達(dá)到最大值38.72%，即最大分離效率在螺旋溜槽的第4圈末實(shí)現(xiàn)。同時(shí)將試驗(yàn)在0.15 m徑向位置所得到的精礦品位與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了對比，2種方法所得精礦品位的平均值分別為56.67%和50.90%，數(shù)值模擬結(jié)果略偏低，數(shù)值試驗(yàn)的精度需要進(jìn)一步提高。

對于更符合分選過程中氣、液、固各相物理性質(zhì)的CFD-DEM耦合方法，雖已在流化床、攪拌磨和重介質(zhì)旋流器等設(shè)備中流體-顆粒體系的模擬上得到成功應(yīng)用，但歸結(jié)起來還屬于氣固或液固兩相流模擬的范疇。因此，對于選礦數(shù)值試驗(yàn)研究所需解決的顆粒在磁選、重選和浮選過程中的運(yùn)動行為模擬，尤其是流場與磁場的有效耦合、浮選設(shè)備中氣、液、固三相間作用過程的準(zhǔn)確模擬等，仍有大量的基礎(chǔ)理論與實(shí)際問題需要解決。

4 研究展望

隨著認(rèn)識的深入和研究水平的不斷提高，針對我國礦石資源的特點(diǎn)，科研工作者開展了卓有成效的研究工作和生產(chǎn)實(shí)踐。計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值算法的飛速發(fā)展，使得數(shù)值模擬成為研究各類生產(chǎn)實(shí)際問題的便捷手段。根據(jù)選礦數(shù)值模擬的研究特點(diǎn)，礦石分選過程所涉及的流場、磁場和多相間相互作用等，理論上均可通過數(shù)值模擬得到定性或定量描述，加之模擬結(jié)果清晰可靠，所以在此基礎(chǔ)上逐步開展選礦數(shù)值試驗(yàn)是可行的。由于礦物分選過程多樣且數(shù)值試驗(yàn)的影響因素較多，數(shù)值試驗(yàn)在大幅降低研究成本的成效上還不夠突出，今后需在以下幾個(gè)方面加強(qiáng)研究工作：

(1)由于不同的礦物分選過程涉及的流場特性不同，通用性的數(shù)值方法往往很難獲得滿意的模擬結(jié)果，因此根據(jù)礦石特征及具體的分選環(huán)境，改進(jìn)或者二次開發(fā)模擬方法十分必要，這樣才能提高數(shù)值試驗(yàn)研究的針對性和可靠性，為切實(shí)提高研究工作效率、降低研究工作成本以及指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐提供依據(jù)。

(2)如何在流場模擬研究的基礎(chǔ)上選取更適宜的數(shù)值方法來模擬顆粒的運(yùn)動行為，進(jìn)而對分選技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行定量預(yù)測，也需要開展更深入、更細(xì)致的研究工作。根據(jù)目前的研究條件，可以按照先易后難的原則，分別進(jìn)行顆粒在單一液相流場、電磁流場和浮選三相流場中運(yùn)動行為的數(shù)值模擬，在此基礎(chǔ)上逐步建立顆粒在不同分選空間中的分選數(shù)值模型。

(3)數(shù)值試驗(yàn)屬于虛擬現(xiàn)實(shí)的范疇，因此對數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證就是個(gè)不容忽視的問題。對于選礦數(shù)值試驗(yàn)來說，應(yīng)借助于先進(jìn)的流場和磁場測試手段以及實(shí)際礦石的分選試驗(yàn)結(jié)果，分別對模擬所得的流場和磁場特性及分選指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證，以不斷提高模擬的可靠性和精確度。

(4)增大選礦數(shù)值試驗(yàn)所采用的分選設(shè)備模型，對于提高選礦數(shù)值試驗(yàn)的實(shí)用價(jià)值具有重要意義，但幾何模型增大后，流體域的網(wǎng)格數(shù)量隨之大量增加，這也對計(jì)算機(jī)的存儲性能和運(yùn)算能力提出了更高的要求。

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(責(zé)任編輯 王亞琴)

TheDevelopmentSituationandTrendofNumericalExperimentalResearchonBeneficiation

Gao Shuling Huang Xiuting Wei Dezhou Cui Baoyu Shen Yanbai Yi Haoran

(CollegeofResourcesandCivilEngineering,NortheasternUniversity，Shenyang110819，China)

Presently the experimental research of beneficiation is still carried out in laboratory,which will always cost many labors,materials and time.The computational numerical simulation is carried out without experimental equipment and repeated trials and can avoid the disturbance influence,so as to becomes gradually an effect approach to scientific research by its advantage above mentioned.In the field of mineral processing,many numerical simulation methods including Computational Fluid Dynamics,Discrete Element Method and the coupled method of CFD-DEM,are utilized broadly in the simulation of single phase flow and multiphase flow in separation field.Based on the development situation of experimental and numerical simulation of beneficiation research,the necessity of exploring numerical experimental research on beneficiation was analyzed in order to provide references for researchers working on numerical expeniment,furthermore the significant problems were discussed in details,including numerical simulations of flow field characteristics,magnetic field characteristics and particles motion behaviors in separation field.Finally the emphases and directions of numerical research of beneficiation experiment were brought forward.

Beneficiation，Numerical experiment，F(xiàn)low field characteristic，Magnetic field characteristic，Motion behavior of particles

2014-09-07

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號：51104035，50974033，51474054)，東北大學(xué)基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目(編號：N100301002)。

高淑玲(1980—)，女，副教授，博士。

魏德洲(1956—)，男，教授，博士生導(dǎo)師。

TP15

A

1001-1250(2014)-12-116-06