Modeling Dense Medium Cyclone Using CFD.

Abstract

The aim of the investigation was to create mathematical model of heavy media cyclone. The foundation of the model was industrial scale sampling data obtained from Mechanical Coal Processing Plant in Hard Coal Mine “Zofiówka” in Poland. Over 10 thousand tons of coking coal per day is mined in this plant. In this work mathematical model of cyclone working in real industrial plant is developed and presented. Model is based on a data obtained from sampling of working industrial scale cyclone. The obtained results allow utilization of the model based on Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations as the base for optimization of classification and beneficiation processes in dense medium cyclone. Moreover obtained results show models based on CFD simulations can be used at basic stage in industrial cyclones design practice, i.e. to choose and optimize geometry and working parameters of industrial scale cyclones. Results of sampling and established model of optimizing beneficiation in dense medium cyclones allowed proposing way to further optimize of technological setup of cyclone. This work presents a method of simulation of solid particles selection in a cyclone. Computational Fluid Dynamics is the concept used. The FLUENT software has been used for the simulation. For water flow simulation, within the cyclone, the k–ε turbulent flow model has been used. This allows calculating the velocity, pressure and turbulence field in the cyclone. The FLUENT software enables simulation of the solid particles flow within the flowing liquid. Solid particles (coal and ash) of different sizes, flowing in this cyclone have been simulated. The simulation gives the entire profiles of flow values like: velocity, pressure, turbulence, etc. Several dozen graphical illustrations of obtained results are presented. Finally the particle size distribution curves, as a basic characteristic of the cyclone, were calculated.

Cílem výzkumu bylo vytvořit matematický model těžkosuspenzního cyklonu. Základem pro vytvoření modelu byly údaje založené na průmyslových vzorcích, jež byly získány v závodě na mechanické zpracování uhlí v dole Zofiówka v Polsku. V tomto dole se denně těží více než 10 tisíc tun koksu. V této práci je popsán vývoj matematického modelu fungování cyklonu v průmyslových podnicích. Model vychází z údajů získaných na základě vzorků odebraných z průmyslového cyklonu v provozu. Získané výsledky umožňují použití modelu na základě CFD (Computational Fluid Dynamics) simulací jako východisko pro optimalizaci procesů třídění a rozdružování v cyklonech využívajících husté suspenze. Získané výsledky dále ukazují, že modely založené na CFD simulacích mohou být používány v počáteční fázi navrhování průmyslových cyklonů, tzn. pro účely výběru a optimalizace geometrických a pracovních parametrů těchto zařízení. Na základě výsledků vzorkování a zavedeného modelu pro optimalizaci rozdružování v cyklonech využívajících husté suspenze byl navržen způsob další optimalizace technologického nastavení cyklonu. V této práci je popsána metoda simulace rozdružování pevných částic v cyklonu. Konceptem použitým k výše uvedeným účelům byl koncept Computational Fluid Dynamics. Pro účely simulace bylo použito softwaru FLUENT. Pro simulaci proudění vody v cyklonu byl použit model "k–ε turbulent flow model". Výše uvedené umožňuje vypočíst rychlost, tlak a vířivé pole v cyklonu. Software FLUENT umožňuje simulaci proudění pevných částic v proudící kapalině. Simulovány byly různě velké pevné částice (uhlí a popel) proudící v cyklonu. Simulace poskytuje úplný obraz hodnot proudění, jako jsou rychlost, tlak, víření atd. Tato práce rovněž obsahuje několik grafických ilustrací získaných výsledků a rovněž křivky rozložení velikosti částic, jako základní charakteristiku cyklonu.