一种深锥浓密机给料井内流场特性可视化研究实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种深锥浓密机给料井内流场特性可视化研究实验装置，属于矿山充填尾矿浓密技术领域。该装置包括给料井系统、粒子成像测速系统、粒子制备泵送系统及实验台，给料井系统安装在实验台上，粒子成像测速系统正对给料井系统，粒子成像测速系统的激光片光源和图像传感相机布置在实验台的相应轨道上，粒子制备泵送系统连接给料井系统。该装置将给料井物理模型与激光测试系统集约化搭建，利用絮团示踪技术对给料井内流场特性开展可视化研究，可获取不同工艺条件下絮团颗粒的运移图像，分析给料井内速度分布、湍动能分布等流场特性，为进一步研究给料井内尾矿颗粒絮凝沉降行为奠定基础，从而推动尾矿高效浓密技术发展，助力矿山固废资源化利用。矿山固废资源化利用。矿山固废资源化利用。

【技术实现步骤摘要】
一种深锥浓密机给料井内流场特性可视化研究实验装置


[0001]本专利技术属于矿山尾矿充填浓密
，特别涉及一种深锥浓密机给料井内流场特性可视化研究实验装置。

技术介绍

[0002]膏体充填技术可以充分利用尾矿来治理矿山开采带来的采空区和尾矿库危害，是一种绿色低碳开采新技术。尾矿浓密是膏体充填工艺的首要环节，浓密机是实现尾矿料浆固液分离、深度脱水的关键设备。而给料井作为发生絮凝行为的主要场所，是浓密机整体运行性能的核心。
[0003]给料井通过其内部的流场特性来充分耗散初始给料动能及混凝絮凝剂分子和尾矿颗粒，进而形成尺寸较大、结构稳定的絮团。开展给料井内流场特性研究具有现实意义，但是由于给料井自身的“黑箱”结构性质，目前研究手段局限于数值模拟。通过物理测试获取给料井内流场信息的手段还比较匮乏，现有流场测试方法多依赖于外加示踪粒子，虽然其具有良好的流体跟随性，但忽略了给料井内絮团颗粒的沉降行为；此外，现有给料井模型和测试系统不规范，测试步骤繁琐且图像失真和光学畸变问题严重，存在一定的局限性。因此，专利技术一种深锥浓密机给料井内流场特性可视化研究实验装置显得极为重要，基于该装置对给料井流场特性开展研究，既能实现给料井流场研究从“黑箱”到“可视”的飞跃，又能规避传统实验过程中存在的图像失真和光学畸变现象，最终为尾矿充填实现高效絮凝、深度脱水的浓密性能提供实验基础和理论根据。

技术实现思路

[0004]本专利技术为实现给料井流场特性研究从“黑箱”到“可视”的飞跃，提供一种深锥浓密机给料井内流场特性可视化研究实验装置。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]该装置包括给料井系统、粒子成像测速系统、粒子制备泵送系统及实验台，给料井系统安装在实验台上，粒子成像测速系统正对给料井系统，粒子成像测速系统的激光片光源和图像传感相机布置在实验台的相应轨道上，粒子制备泵送系统连接给料井系统；
[0007]具体的，给料井系统包括方形水槽、给料井、中心轴、导流板、分散盘、切线进料管、溢流管和三通管，粒子成像测速系统包括激光控制箱、激光同步器、激光片光源、图像传感相机和图像分析工作台，粒子制备泵送系统包括尾矿料浆搅拌桶、絮凝剂溶液制备桶和蠕动泵，实验台包括给料井放置台、相机轨道和片光源轨道；
[0008]方形水槽内中心设置竖直的中心轴，方形水槽内从顶部吊装给料井，给料井上部设置切线进料管，切线进料管距离给料井顶部1～2cm，且与给料井内壁严格相切，给料井内切线进料管底部向下1cm处安装环形导流板，导流板宽度为给料井直径的10％，给料井出口固定圆锥形分散盘，方形水槽侧面上部开有溢流管，切线进料管连接方形水槽上部外侧的三通管；
[0009]给料井放置台在相邻两边分别开设相机轨道和片光源轨道；
[0010]方形水槽放置于给料井放置台，激光片光源安装于片光源轨道，图像传感相机安装于相机轨道；激光片光与相机视角严格垂直，避免两者角度偏差带来的图像失真问题。
[0011]激光片光源通过激光传导臂与激光同步器连接，激光同步器通过光纤数据线和冷却管与激光控制箱连接；
[0012]图像传感相机、激光控制箱分别通过光纤数据线与图像分析工作台相连接；
[0013]尾矿料浆搅拌桶、絮凝剂溶液制备桶分别通过蠕动硅胶管经蠕动泵与三通管相连接。
[0014]其中，相机轨道紧贴给料井放置台长边布置，片光源轨道紧贴给料井放置台短边布置，相机轨道和片光源轨道相互垂直。
[0015]激光片光源和图像传感相机分别在片光源轨道和相机轨道自由滑动，实现对给料井系统不同区域流场的可视化测试。
[0016]图像传感相机、激光控制箱均通过光纤数据线与图像分析工作台相连接，通过图像分析工作台一键触发启动/关闭激光和图像传感相机图像采集功能，实时同步测试。
[0017]给料井系统通体采用亚克力材质，测试时方形水槽注满清水，减小给料井曲面井壁导致的光学畸变现象。
[0018]粒子制备泵送系统使用的激光为双脉冲激光，图像传感相机为CCD相机或sCMOS相机。
[0019]粒子制备泵送系统制备好的尾矿料浆和絮凝剂溶液经三通管进入切线进料管混合形成絮团，因絮团具备良好的流体跟随性和光散射效率，作为给料井内流场特性可视化测试的示踪粒子。
[0020]该装置的使用方法包括步骤如下：
[0021]S1：将给料井系统、粒子成像测速系统和粒子制备泵送系统连接并安置于实验台对应的位置；
[0022]S2：将方形水槽内注满清水，并开启尾矿料浆搅拌桶和絮凝剂溶液制备桶，提前搅拌制备测试所需尾矿料浆和絮凝剂溶液；
[0023]S3：根据实验方案选取的给料井待测区域，调整激光片光源和图像传感相机在各自轨道上的位置，确保待测区域被激光片光全部打亮以及粒子图像被相机有效获取；
[0024]S4：开启蠕动泵，首先控制泵送絮凝剂溶液，待絮凝剂溶液稳定泵送进入三通管后，开始同步泵送尾矿料浆，两者经切线进料管混合进入给料井，形成絮团；
[0025]S5：通过图像分析工作台一键触发启动激光和相机图像采集功能，捕获给料井待测区域的粒子运移瞬态图像；
[0026]S6：获取到相应的图像数量后，通过图像分析工作台一键触发关闭激光和相机图像采集功能，停止测试；
[0027]S7：使用图像分析工作台实时分析S5采集的粒子图像，定量分析流场信息，显示给料井流场的整体结构。
[0028]与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：
[0029]上述方案中，通过外置方形水槽以及采用相互垂直的相机轨道和片光源轨道约束激光和相机视角的角度，在实现给料井内任意区域全流场测试的同时，又能规避传统可视
化测试过程中存在的图像失真和光学畸变现象；同时，应用粒子制备泵送系统形成的絮团作为示踪粒子，可实现给料井内行为主体的原位实时测试。因此，应用该集约化实验装置，能在对流场无侵扰的前提下，实时监测给料井测试区域内所有絮团的速度并捕获粒子的瞬态图像，定量表征给料井内流场相关信息，以可视化图像的方式揭示复杂的流动结构。为深入研究矿山尾矿絮凝沉降与浓密脱水发展奠定基础，进而推动膏体充填技术的进步。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1为本专利技术的深锥浓密机给料井内流场特性可视化研究实验装置结构示意图；
[0032]图2为本专利技术装置给料井系统的结构示意图。
[0033]其中：
Ⅰ‑
给料井系统，
Ⅱ‑
粒子成像测速系统，
Ⅲ‑
粒子制备泵送系统，
Ⅳ‑
实验台，
[0034]1‑
方形水槽，2
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深锥浓密机给料井内流场特性可视化研究实验装置，其特征在于，包括给料井系统、粒子成像测速系统、粒子制备泵送系统及实验台，给料井系统安装在实验台上，粒子成像测速系统正对给料井系统，粒子成像测速系统的激光片光源和图像传感相机布置在实验台的相应轨道上，粒子制备泵送系统连接给料井系统；具体的，给料井系统包括方形水槽、给料井、中心轴、导流板、分散盘、切线进料管、溢流管和三通管，粒子成像测速系统包括激光控制箱、激光同步器、激光片光源、图像传感相机和图像分析工作台，粒子制备泵送系统包括尾矿料浆搅拌桶、絮凝剂溶液制备桶和蠕动泵，实验台包括给料井放置台、相机轨道和片光源轨道；方形水槽内中心设置竖直的中心轴，方形水槽内从顶部吊装给料井，给料井上部设置切线进料管，切线进料管距离给料井顶部1～2cm，且与给料井内壁相切，给料井内切线进料管底部向下1cm处安装环形导流板，导流板宽度为给料井直径的10％，给料井出口固定圆锥形分散盘，方形水槽侧面上部开有溢流管，切线进料管连接方形水槽上部外侧的三通管；给料井放置台在相邻两边分别开设相机轨道和片光源轨道；方形水槽放置于给料井放置台，激光片光源安装于片光源轨道，图像传感相机安装于相机轨道；激光片光源通过激光传导臂与激光同步器连接，激光同步器通过光纤数据线和冷却管与激光控制箱连接；图像传感相机、激光控制箱分别通过光纤数据线与图像分析工作台相连接；尾矿料浆搅拌桶、絮凝剂溶液制备桶分别通过蠕动硅胶管经蠕动泵与三通管相连接。2.根据权利要求1所述的深锥浓密机给料井内流场特性可视化研究实验装置，其特征在于，所述相机轨道紧贴给料井放置台长边布置，片光源轨道紧贴给料井放置台短边布置，相机轨道和片光源轨道相互垂直。3.根据权利要求1所述的深锥浓密机给料井内流场特性可视化研究实验装置，其特征在于，所述激光片光源和图像传感相机分别在片光源轨道和相机轨道自由滑动。4.根据权利要求1所述的深锥浓密机给料井内流场特性可视...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴爱祥，王少勇，武鹏杰，阮竹恩，王建栋，王珍岐，周勃，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：