林 喆，張文剛

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，江蘇 徐州 221116；2.陜西長(zhǎng)青能源化工有限公司，陜西 寶雞 721405)

隨著采煤機(jī)械化程度的提高以及原煤品質(zhì)的下降，原煤中細(xì)顆粒和黏土等脈石礦物含量增大，導(dǎo)致煤泥水中含有大量細(xì)顆粒。這些細(xì)顆粒難以沉降，易在循環(huán)使用的洗水中積聚，造成循環(huán)水中固體懸浮物濃度持續(xù)升高，嚴(yán)重影響分選，甚至導(dǎo)致煤泥水直接外排，既浪費(fèi)水資源，又污染環(huán)境。近年來(lái)，選煤廠主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)的性能都得到大幅度改善，煤泥水環(huán)節(jié)卻常因?yàn)樘幚硇什桓撸瑖?yán)重影響選煤廠的處理能力。因此，研發(fā)高效的煤泥水沉降和澄清技術(shù)，提高煤泥水處理效率，是提高生產(chǎn)效率的需要，也是環(huán)境保護(hù)的需要。絮凝沉降是當(dāng)前處理煤泥水的主流工藝，而絮凝的效果決定了絮體顆粒的大小及其沉降效率，因此，研究煤泥水的沉降分離，重點(diǎn)之一在于研究煤泥的絮凝過程。

絮凝動(dòng)力學(xué)理論是研究絮凝問題的基礎(chǔ)理論。1917年，SMOLUCHOWSKI提出了基本絮凝動(dòng)力學(xué)方程[1-2]，見式(1)。

(1)

式中：n(v,t)為體積為v的絮體在時(shí)間t時(shí)的數(shù)量濃度；β()為碰撞頻率；α()為碰撞效率(碰撞后發(fā)生有效聚并的概率)。上式各項(xiàng)的物理意義：第1項(xiàng)表示細(xì)小絮體碰撞并大生成的體積為v的絮體數(shù)量，系數(shù)1/2用于校正積分時(shí)被重復(fù)計(jì)算的聚并；第2項(xiàng)表示體積為v的絮體因與其他絮體聚并而減少的數(shù)量。由此可見，該方程沒有考慮絮體的破碎，與實(shí)際情況不符。 為此，結(jié)合群體平衡模型(population balance model，PBM)，研究者建立了絮凝-破碎動(dòng)力學(xué)方程[2]，見式(2)。

(2)

式(2)的前兩項(xiàng)與式(1)中含義相同，第3項(xiàng)表示體積為v的絮體因破碎而減少的數(shù)量，第4項(xiàng)表示較大的絮體發(fā)生破碎產(chǎn)生的體積為v的絮體的數(shù)量。其中，S()為破碎頻率，γ()為大絮體破碎產(chǎn)生的小絮體的體積分布函數(shù)。由此可見，絮體的大小及其成長(zhǎng)速率是由碰撞并大與剪切破碎間的平衡決定的，顆?；蛐躞w間的碰撞頻率、碰撞效率和破碎效率共同影響絮凝效果，碰撞效率取決于顆粒間的作用力，而流體運(yùn)動(dòng)決定了碰撞頻率與破碎效率。為此，本文將從上述絮凝動(dòng)力學(xué)的幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)出發(fā)，系統(tǒng)分析影響煤泥水絮凝過程的因素及其作用機(jī)理，以及相關(guān)研究方法進(jìn)展，提出煤泥水絮凝沉降研究的意見和建議，以供參考。

1 煤泥水絮凝過程的影響因素分析

1.1 碰撞頻率與流體流動(dòng)

顆粒碰撞是顆粒在流體等外力的作用下，克服顆粒間可能存在的斥力作用相向運(yùn)動(dòng)，并最終相互接觸的過程。絮凝動(dòng)力學(xué)認(rèn)為，碰撞致因有布朗運(yùn)動(dòng)、流體運(yùn)動(dòng)和差速沉降[2]。在絮凝的實(shí)際工程應(yīng)用中，主要考慮流體運(yùn)動(dòng)。在層流條件下，Camp-Stein公式表明[3]，顆粒的碰撞頻率與流體的均方根速度梯度成正比，但這里的速度梯度只能代表空間內(nèi)的平均能量耗散，無(wú)法反應(yīng)局部能量耗散，與工程實(shí)際差距較大。

工程上的絮凝反應(yīng)器中的流場(chǎng)多為湍流。研究發(fā)現(xiàn)，在構(gòu)成湍流的三組尺度的湍渦中，只有與絮體尺度相近的黏性子區(qū)的Kolmogoroff微渦旋才是顆粒碰撞的致因[2]。赫俊國(guó)等[4]和武道吉等[5]研究表明，絮體特征尺度量級(jí)的渦旋對(duì)絮凝起重要作用，離心慣性效應(yīng)和剪切力是絮凝體碰撞聚并的動(dòng)力學(xué)致因，其中渦旋剪切力導(dǎo)致的碰撞是主導(dǎo)。在絮凝成長(zhǎng)階段，湍流條件下的碰撞頻率與能量耗散率ε的1/3次方成正比[6]。因此，強(qiáng)化有效能量耗散是絮凝設(shè)備設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想之一。實(shí)際上，控制絮體成長(zhǎng)的是有效碰撞次數(shù)，即碰撞頻率與時(shí)間的乘積，所以攪拌強(qiáng)度和攪拌時(shí)間對(duì)煤泥水的絮凝有重要影響[7-8]。因此，常采用GT(G為速度梯度，T為時(shí)間)或ε1/3T作為控制指標(biāo)[6]，指導(dǎo)攪拌絮凝池的設(shè)計(jì)與操作。

在選煤實(shí)際生產(chǎn)中，絮凝劑通常添加在煤泥濃縮機(jī)入料管道中[9]，客觀上使入料管和入料井成為了煤泥絮凝的“反應(yīng)器”。但現(xiàn)有研究在入料管和入料井的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，更多注重混藥性能和布流、穩(wěn)流作用[10]，很少結(jié)合絮凝動(dòng)力學(xué)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化[11-12]，還有許多工作有待研究。

1.2 碰撞效率與煤泥顆粒間的作用力

碰撞效率主要取決于顆粒間作用力與流體對(duì)顆粒的綜合作用力之間的平衡。若顆粒間的凝聚作用力大于顆粒發(fā)生碰撞后的碰撞反彈力、慣性力以及流體曳力等可能導(dǎo)致脫離的合力，則煤泥水顆粒就能夠有效黏附，反之，顆粒碰撞后隨即分離。因此，顆粒間的作用力是非常重要的因素。煤泥水顆粒間的作用力，一般采用XDLVO(Extended Derjguin Landau Verwey Overbeek)理論來(lái)描述，即考慮顆粒間的靜電作用、范德華作用和極化作用(疏水力)。

煤泥水中的懸浮顆粒是復(fù)雜的混合物，除煤以外，通常還含有大量的高嶺石、蒙脫石和伊利石等黏土礦物。自然條件下，這些礦物的表面基本上都帶負(fù)電荷，因此，顆粒間會(huì)因?yàn)橥噪姾僧a(chǎn)生斥力作用，不易碰撞和凝聚。投加藥劑改變其表面電性是促進(jìn)煤泥絮凝的重要方法。目前廣泛采用的藥劑是無(wú)機(jī)金屬陽(yáng)離子，或稱之為凝聚劑。陽(yáng)離子通過吸附電中和、壓縮雙電層等作用機(jī)制降低顆粒的表面電位，從而減小靜電斥力[13]。也可以直接使用陽(yáng)離子聚丙烯酰胺等大分子絮凝劑，此時(shí)，吸附架橋機(jī)制占主導(dǎo)作用。

礦物顆粒間的范德華力均為引力，但不同礦物的表面疏水性卻不同，其中，煤顆粒為疏水性，而多數(shù)的脈石礦物，如高嶺土、蒙脫石和伊利石等黏土礦物均為親水性。疏水性顆粒在合適的條件下能夠發(fā)生疏水團(tuán)聚，但親水性礦物在水中則不易團(tuán)聚。為此，陳軍等[14]通過添加季銨鹽等藥劑，使親水性顆粒表面疏水化，促使煤泥顆粒全體發(fā)生團(tuán)聚和絮凝，稱之為疏水性絮凝。

此外，煤泥顆粒表面是疏水的，理論上在水中應(yīng)該自發(fā)團(tuán)聚，但實(shí)際并非如此。為此，筆者在先前的工作中[15]采用XDLVO理論公式[16]計(jì)算了一定條件下的煤泥間的顆粒作用力，如圖1所示。從圖1中可以看出，顆粒間距離很遠(yuǎn)時(shí)(>200 nm)，范德華引力起主要作用；在中等距離時(shí)(2～200 nm)，靜電斥力(煤泥、黏土顆粒多帶負(fù)電荷)占主導(dǎo)作用，而疏水力在更小的距離內(nèi)(<2 nm)起主導(dǎo)作用。也就是說，即使理論上能夠發(fā)生黏附的顆粒，也需要在各種動(dòng)力作用下克服靜電力做功，越過圖1所示的能壘，才能夠發(fā)生黏附。流體的作用就是為顆粒跨越能壘做功提供能量。

圖1 煤顆粒間的XDLVO作用能Fig.1 The XDLVO interaction energy between coal particles

煤的表面為疏水性，因此，當(dāng)煤顆?？拷鼤r(shí)，顆粒間的疏水引力作用增強(qiáng)，在一定距離(<2 nm)時(shí)超過靜電斥力，顆粒就會(huì)發(fā)生黏附。伊利石等黏土礦具有親水性表面，因此，自然條件下，其總的作用力始終表現(xiàn)為斥力，顆粒在任何距離下都不凝聚。高嶺石[16]和蒙脫石[13]與煤的作用力與此具有相似的規(guī)律。 通過添加絮凝藥劑是使之絮凝的先決條件。

部分學(xué)者的研究[13-14,16]證實(shí)了XDLVO理論可以很好地解釋煤泥顆粒凝聚和絮凝現(xiàn)象。但是，由于顆粒的黏附是顆粒間內(nèi)力和流體剪切等外力的綜合作用，單純利用XDLVO理論并不能有效地解決黏附效率的問題。而由于外力作用的復(fù)雜性，截至目前，人們?nèi)匀粺o(wú)法構(gòu)建流體剪切下顆粒黏附效率的定量的數(shù)學(xué)表達(dá)式。因此，在進(jìn)行絮凝動(dòng)力學(xué)研究時(shí)，研究者都將黏附效率簡(jiǎn)化為常數(shù)或基于粒徑的函數(shù)[17]，這必然會(huì)增大研究結(jié)果與實(shí)際的偏差。但解決這個(gè)問題尚需時(shí)日。

1.3 破碎效率

當(dāng)外部應(yīng)力大于絮體強(qiáng)度時(shí)，絮體將發(fā)生破碎。由式(2)可知，當(dāng)破碎與聚并達(dá)到平衡后，絮體將維持一定大小，不再長(zhǎng)大。因此，絮體強(qiáng)度和外部作用力是影響絮體破碎的兩個(gè)關(guān)鍵因素。絮體強(qiáng)度與顆粒性質(zhì)、藥劑條件以及絮體大小相關(guān)[18]，顆粒性質(zhì)與藥劑條件決定了顆粒間的黏附力，仍然可以使用XDLVO理論解釋；而絮體越小，其受力面積越小，因而受到流體的作用力就越小。 另一方面，流體的運(yùn)動(dòng)情況對(duì)流體施加于絮體的作用力有決定性作用。

絮體的破碎有兩種機(jī)制[19]：由法向應(yīng)力拉伸導(dǎo)致的整體破裂(絮體破裂成兩個(gè)或多個(gè)體積相當(dāng)?shù)男⌒躞w，破碎發(fā)生在絮體內(nèi)部)和由切應(yīng)力導(dǎo)致的表面侵蝕(絮體表面掉落較小的單元，破碎發(fā)生在絮體表面)。研究表明，流場(chǎng)中絮體的破碎也主要是由Kolmogoroff尺度的渦旋引起的[17,19]，即與能量耗散率或速度梯度正相關(guān)。當(dāng)湍流渦旋的尺度與Kolmogoroff尺度相近或更小時(shí)[17]，能夠侵蝕或剪切絮體。因此，在特定的顆粒和藥劑條件下，絮體越小，可以承受的流體運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度越大(渦旋尺度小)，反之絮體越大，越容易破碎[18]。

結(jié)合絮體強(qiáng)度和破碎機(jī)制，得出以下結(jié)論：在絮凝初期，絮體破碎概率較小，可以采用較大的速度梯度，促進(jìn)碰撞聚并；而后逐步減小速度梯度，使其滿足絮凝碰撞需求的同時(shí)減少對(duì)絮體的破碎；這就是梯度絮凝法。梯度絮凝法可以在合理的時(shí)間內(nèi)獲得較好的絮凝效果[20]。路月芹[21]、閆亞楠[22]應(yīng)用梯度絮凝的思想，分別設(shè)計(jì)了漸變螺旋式和梯級(jí)流化床的絮凝反應(yīng)器，取得了較好的效果。

然而在生產(chǎn)實(shí)踐中，現(xiàn)有工藝加藥點(diǎn)一般都設(shè)在管道或攪拌桶上，因此，煤泥絮凝的主要場(chǎng)所是管道/攪拌桶和濃縮機(jī)入料井。直管流動(dòng)中的絮凝已被證實(shí)是低效率的[10]，而攪拌桶中恒定的速度梯度也不是絮凝體成長(zhǎng)最佳的流體環(huán)境。至于濃縮機(jī)的入料井，Outotec[23]、AMIRA[11]、Jamaican[24]、EIMCO[25]等濃縮機(jī)廠商都進(jìn)行了研究，其主要手段是通過設(shè)置擋板、構(gòu)建旋流流場(chǎng)等方式(圖2)，提高入料井中流體流動(dòng)的穩(wěn)定性，減小剪切破碎，同時(shí)避免短路，提高煤泥絮體在入料井中停留時(shí)間的均勻性。這些設(shè)計(jì)客觀上改善了煤泥水的絮凝效果，也說明了流體運(yùn)動(dòng)對(duì)于絮凝的重要性，但仍未充分考慮煤泥絮體成長(zhǎng)過程對(duì)流體環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化的需求。

圖2 典型的濃縮機(jī)入料井結(jié)構(gòu)Fig.2 The structure of representative thickener feed wells(資料來(lái)源：文獻(xiàn)[11]、文獻(xiàn)[23]～文獻(xiàn)[25])

1.4 煤泥水絮凝過程的影響因素及其優(yōu)化

綜合前述分析，影響煤泥水絮凝的主要因素可以分為兩個(gè)大類，即影響顆粒間內(nèi)部作用力的因素和影響作用于絮體的外部作用力的因素。前者包括水中懸浮顆粒的自身性質(zhì)(電荷、疏水性)和藥劑因素(凝聚劑、絮凝劑的種類和劑量)，而后者主要是水力條件。表1列出了這些主要因素及其優(yōu)化控制的原則。

表1 煤泥水絮凝過程的影響因素及其優(yōu)化控制原則Table 1 The influencing factors of coal slime water flocculation process and their and optimization methods

2 煤泥水絮凝動(dòng)力學(xué)問題的研究方法

2.1 煤泥顆粒間的作用力

前已述及，顆粒間作用力對(duì)絮凝動(dòng)力學(xué)的黏附概率有重要影響。由于煤泥成分復(fù)雜，煤和黏土礦(以高嶺石、蒙脫石和伊利石為主)、石英、方解石等其他礦物[26]表面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)各異，因此很難定量描述它們之間的相互作用力。目前，XDLVO理論仍然是計(jì)算角度研究顆粒間作用力的主要手段，事實(shí)也證明其有較好的參考價(jià)值[13-14,16]。XDLVO理論的計(jì)算公式列于表2。

表2 XDLVO理論計(jì)算公式Table 2 Calculation formula of XDLVO theory

由表2可知，顆粒間作用力與顆粒的大小、表面電位、接觸角等因素有關(guān)。對(duì)于煤泥水這樣的混合物體系，顆粒粒度分布廣、形狀不規(guī)則，且電荷分布不均(例如，高嶺石的端面和邊緣處的電荷就有差異，甚至可以因此而形成“紙牌屋”的結(jié)構(gòu)[16])，這些因素為判斷煤泥水顆粒間是否發(fā)生團(tuán)聚、以及團(tuán)聚的形式和結(jié)構(gòu)等帶來(lái)很大麻煩，利用XDLVO理論很難全面準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)顆粒的凝聚[13,16]。

從實(shí)驗(yàn)的角度來(lái)看，原子力顯微鏡可被用于測(cè)試顆粒間的作用力。GUI等[31]利用原子力顯微鏡測(cè)定了不同鈣離子濃度下煤-煤、高嶺石-高嶺石以及煤-高嶺石之間的作用力與作用距離的關(guān)系變化，該實(shí)驗(yàn)結(jié)果可與XDLVO理論計(jì)算的結(jié)果相互印證。這也是近年來(lái)煤泥水以及煤的浮選研究領(lǐng)域的重要方向。

2.2 煤泥水絮凝過程水力條件優(yōu)化研究

如前所述，當(dāng)前實(shí)際工程中煤泥水的絮凝過程主要發(fā)生在調(diào)漿攪拌桶、入料管道和煤泥濃縮機(jī)的入料井中。目前主流的調(diào)漿攪拌桶為定速攪拌，而濃縮機(jī)入料井設(shè)計(jì)通常采用分段攪拌、切向給料和設(shè)置導(dǎo)流擋板等結(jié)構(gòu)[32]優(yōu)化流場(chǎng)，配合多點(diǎn)加藥，使藥劑與物料充分作用。這些設(shè)計(jì)通過強(qiáng)化混藥和穩(wěn)定沉降流場(chǎng)，客觀上為強(qiáng)化絮凝提供了幫助，為從絮凝動(dòng)力學(xué)角度研究煤泥絮凝提供了基礎(chǔ)。 工程上主要采用計(jì)算流體力學(xué)(computational fluid dynamics，CFD)和/或顆粒圖像測(cè)速法(particle image velocimetry，PIV)進(jìn)行絮凝流場(chǎng)的研究。NGUYEN[11]將P266E入料井和普通開放式、帶擋板的開放式及閉合式入料井中的流場(chǎng)進(jìn)行了對(duì)比研究，結(jié)果表明，普通入料井中停留時(shí)間分布很廣、流體消能與絮凝區(qū)無(wú)法區(qū)分，且出口布流不均勻，而P266E各方面表現(xiàn)都很出色；WHITE等[25]采用CFD對(duì)帶擋板和無(wú)擋板的開放式入料井中的流場(chǎng)進(jìn)行了測(cè)試和模擬，表明流體在前者的停留時(shí)間要遠(yuǎn)大于后者，有利于絮凝；EBRAHIMZADEH等[24]對(duì)開放式入料井采用兩管逆流混合入料和沿井壁45°反向旋流入料的情況進(jìn)行了單相流和兩相流模擬，結(jié)果表明兩種情況下紊流密度分布有較大區(qū)別，當(dāng)流率較大時(shí)，旋流入料有利于形成較大的絮凝體；ZHOU等[33]研究了入料流量、入料井的徑高比和環(huán)形擋板高度對(duì)赤泥沉降槽中停留時(shí)間分布和流動(dòng)狀態(tài)區(qū)域的影響并用于優(yōu)化入料井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；宋戰(zhàn)勝[34]設(shè)計(jì)了一種鐘形濃縮機(jī)給料井，并對(duì)其流場(chǎng)進(jìn)行了模擬，描述了給料井中流場(chǎng)特征和固體物濃度分布特征。

采用CFD方法和/或PIV雖然能夠?qū)α鲌?chǎng)特征進(jìn)行較好的分析，但單純的流場(chǎng)研究很難得到有針對(duì)性的水力條件優(yōu)化方法。將流場(chǎng)特征與絮凝動(dòng)力學(xué)結(jié)合，是研究絮凝過程水力條件優(yōu)化的科學(xué)途徑。由于湍流的復(fù)雜性，想從實(shí)驗(yàn)研究入手，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)和數(shù)學(xué)模型的方法來(lái)定量描述紊流條件下的三個(gè)絮凝動(dòng)力學(xué)系數(shù)，進(jìn)而分析優(yōu)化絮凝裝置，難度非常大。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為研究這種紊流狀態(tài)下的絮凝機(jī)制提供了一個(gè)可能的途徑。

當(dāng)前相關(guān)的研究主要從三個(gè)角度入手。一是采用CFD技術(shù)對(duì)絮凝流場(chǎng)的速度場(chǎng)、能量耗散率分布等進(jìn)行表征，再根據(jù)紊流絮凝動(dòng)力學(xué)理論提出的“湍流條件下的碰撞頻率與能量耗散率ε的1/3次方成正比[6]”的結(jié)論，結(jié)合絮凝實(shí)驗(yàn)效果進(jìn)行定性分析。甘恒[35]利用CFD模擬和實(shí)驗(yàn)，評(píng)價(jià)了卡門渦街和泰勒渦對(duì)尾礦絮凝效果的影響，在相同雷諾數(shù)下，有渦的流體絮凝效果要好得多，且非定常渦比定常渦效果好，這也說明了外加介質(zhì)誘導(dǎo)產(chǎn)生的渦流對(duì)于絮凝是有強(qiáng)化效果的。筆者課題組利用CFD對(duì)螺旋管流、漸擴(kuò)式導(dǎo)流旋流[21]等流場(chǎng)中的速度梯度和能量耗散分布規(guī)律進(jìn)行過模擬研究，說明旋流條件下流體速度方向的改變是強(qiáng)化絮凝的一個(gè)因素。類似的研究非常多[36-37]，可以充分說明，CFD是對(duì)流體中的渦流和能量耗散等流動(dòng)特征進(jìn)行表征最常用的有效手段。二是采用CFD結(jié)合群體平衡模型(population balance model，PBM)的方法進(jìn)行數(shù)值模擬。RUAN等[38]對(duì)深錐濃縮機(jī)中的絮凝沉降進(jìn)行的模擬研究，分析了密度和湍動(dòng)能的分布，并得到了絮體粒徑的時(shí)空變化；EBRAHIMZADEH[24,39]研究了不同入料井結(jié)構(gòu)下的流場(chǎng)特征和絮凝顆粒分布，說明給料速度和入料井結(jié)構(gòu)對(duì)絮凝過程有重要影響。TANGUAY等[40]對(duì)兩種藥劑下入料井中的絮凝情況進(jìn)行了PBM-CFD模擬，表明藥劑對(duì)絮凝體的大小和密度有重要影響。三是計(jì)算流體力學(xué)(CFD)與離散單元方法(discrete element method，DEM)的耦合模擬。DEM是顆粒間作用力和顆粒(群)行為模擬廣泛應(yīng)用的方法，有很好的準(zhǔn)確性。PENG等[41]曾用DEM模擬了附加范德華力和靜電力作用下納米顆?；诓祭蔬\(yùn)動(dòng)的凝聚過程及其影響因素，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合得很好。而結(jié)合CFD-DEM模擬湍流狀態(tài)下的絮凝，也是非常有效的手段，F(xiàn)ARAJI等[42]對(duì)剪切流體下單個(gè)和兩個(gè)分形絮團(tuán)的黏附與破碎行為進(jìn)行的研究，研究發(fā)現(xiàn)了分形絮體在流體作用下發(fā)生的旋轉(zhuǎn)可以反作用于流體，產(chǎn)生新的渦旋。目前，應(yīng)用該方法進(jìn)行絮凝過程研究的還處于起步階段，相關(guān)報(bào)道比較少。作為離散單元方法(DEM)，其優(yōu)勢(shì)在于顆粒屬性的可控性，使得模擬過程顆粒間的作用力更接近真實(shí)體系，并且對(duì)煤泥水這樣的多組分、多粒度的復(fù)雜體系有更好的適用性。

這些方法都存在各自的優(yōu)缺點(diǎn)：①CFD單相流或多相流模擬，可以反映流場(chǎng)中湍流的結(jié)構(gòu)和能量分布、以及顆粒濃度分布等，技術(shù)較為成熟，可靠性較好，但對(duì)于煤泥水這樣復(fù)雜的混合物體系，難以反映顆粒物性對(duì)絮凝過程的影響，對(duì)煤泥絮凝的關(guān)鍵指標(biāo)如粒度等參數(shù)也得不到有效的數(shù)據(jù)；②CFD-PBM方法是研究絮凝問題的理想方法之一，它本質(zhì)上和絮凝動(dòng)力學(xué)基本方程的思想是統(tǒng)一的，難點(diǎn)在于確定PBM模型中使用的碰撞效率和脫附效率的?；瘮?shù)，尋找能夠反映物料性質(zhì)影響的?；瘮?shù)是獲得可靠結(jié)果的重要而必要的環(huán)節(jié)；③CFD-DEM方法繞開了絮凝動(dòng)力學(xué)的三個(gè)概率函數(shù)，直接利用顆粒自身表面性質(zhì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)合XDLVO理論，可以直接模擬多粒度、多組分的混合物料的絮凝，對(duì)顆粒間作用力的處理是目前最為理想的研究方法，但要反映出絮凝動(dòng)力學(xué)的微渦旋理論，還需要做大量的工作，因?yàn)槔肅FD方法處理微尺度渦、以及CFD-DEM耦合時(shí)的流體對(duì)微細(xì)顆粒的作用力模型等都不夠成熟。

3 結(jié) 語(yǔ)

煤泥水的絮凝過程是一個(gè)極細(xì)顆粒逐漸聚并長(zhǎng)大的過程，碰撞頻率、碰撞效率和破碎效率決定了絮凝的效果。煤泥顆粒間的作用力是碰撞效率的關(guān)鍵影響因素，使用凝聚劑等化學(xué)藥劑可以通過改變顆粒表面的電性和疏水性等性質(zhì)來(lái)促進(jìn)顆粒的絮凝；流體中的Kolmogoroff渦是絮凝碰撞頻率、碰撞效率和破碎效率的決定性因素，合理控制流體的湍流特征，使其具有和絮體尺寸匹配的渦旋分布是優(yōu)化煤泥水絮凝過程的重要手段。

由于煤泥水系統(tǒng)的物質(zhì)組成和粒度分布等的復(fù)雜性，解析絮凝動(dòng)力學(xué)方程來(lái)分析和預(yù)判煤泥絮凝難度極大，可行性差。而湍流本身的復(fù)雜性也難以通過實(shí)驗(yàn)手段來(lái)表征。因此，借助CFD、PBM和DEM等數(shù)值模擬計(jì)算的方法是研究煤泥水絮凝問題較為理想的途徑。其中，結(jié)合XDLVO理論的CFD-DEM模擬可能是研究多組分、多分散煤泥水體系的最適方法。