沉降末速v0与颗粒和介质的性质均有关系。在重力场中,重力加速度为常量,为了提高风选效率,研究人员已逐步采用离心加速度替代重力加速度,因此,风力分选大多在有旋风环境的旋流器中进行。由可见,风选器由主电机驱动破碎机对电路板碎片进行破碎,电路板粉料由安装在破碎机出口处的离心叶轮排出。由破碎机压出后的电路板粉料与分离器的钟罩碰撞,气流急速转向。密度小的物料(树脂等)随着上升气流一起向上运动,同时,调节调速电机转速和风量开关,使密度大的物料(含铜粉末)因气流场强不够而向下运动,从而实现树脂和含铜粉末的分离。
线路板粉末风选数学模型线路板粉末为多种颗粒的混合物,其中金属(如铜、铁、锡、铅等)和非金属(如硅、C-H-O聚合物、卤素聚合物等)的质量比约为2:3,粉末颗粒粒径范围为0.090.25mm.在风选过程中,气流为连续相,线路板粉末颗粒的风选过程可以视为大量球形粒子(固相)在气流中的粒子负载运动,线路板粉末颗粒轨迹可以通过计算气流场中大量的粒子运动得到,气流场和线路板粉末颗粒之间有动量、质量和能量的交换。目前有两种CFD数值方法处理多相流:欧拉-拉格朗日方法和欧拉-欧拉方法。结合线路板粉末组成及风选过程运动特征,线路板粉末颗粒体积比率较低,但会有一定的质量加载率,因此采用欧拉-拉格朗日方法建立线路板粉末风选数学模型。而欧拉-欧拉方法中,不同的相被处理成互相贯穿的连续介质,与线路板粉末的风选特征不符。
气流场(连续相)数学模型:RNGk-ε模型<6>能较好地模拟射流撞击,分离流,旋流等中等复杂流动,可用来模拟线路板粉末风选器的紊流状态,方程如下:湍流动能k的方程:effkbMikjkkutxkGYx(2)湍流耗散率ε的方程:21k3b2ieffijutxCGCGCk(3)式中:为流体密度;t为时间;eff为有效湍流黏性系数;xi,xj为张量形式位移;ui为时均速度;Gk表示由于平均速度梯度引起的湍流动能;Gb是由浮力而产生的湍流动能;YM为可压速湍流脉动膨胀对总的耗散率的影响;αk和αε分别是湍动能k和耗散率ε方程的湍流普朗特数的倒数;C1ε,C2ε,C3ε是常量。
线路板颗粒(离散相)数学模型:对于破碎后的线路板固体颗粒,将其视为离散相,可以在拉格朗日坐标系下采用颗粒轨道模型<6>进行模拟,根据颗粒的力平衡计算颗粒轨道,方程如下:p/DxduFuugFdt(4)其中颗粒所受的曳力为:e2pR1824DCFD(5)式中:u是连续相速度;up是颗粒速度;μ是流体的分子粘性系数;ρ,ρp分别是流体与颗粒的密度;Dp是颗粒直径;Re是相对雷诺数,定义为:peρDuuRμ(6)Fx项包含的力如Saffman升力、“有效质量”力、压力梯度力、Brownian力等可忽略不计。
风选器模型建立及网格划分风选过程中,线路板粉末颗粒随同气流以一定速度自入口射入分离器腔体,被固定在入口上方的钟罩打散,遍布于腔体内。安置在分离腔体上方的离析器产生旋风,使得整个腔体处于旋流场氛围,各种不同线路板粉料颗粒如金属、树脂、玻璃纤维等因密度和粒度不同而分离。基于风选特征,通过对风选设备原型进行简化,得到风选器3D模型如所示。
颗粒轨迹分析以铜颗粒为例进行颗粒运动轨迹分析,同时考虑与连续相的交互作用,在非定常情况下示踪颗粒轨迹,如所示(因篇幅关系仅选140目、120目、100目、80目)。
粒径为0.1250.212mm的粉料所获得金属品位最高,0.090.125mm的粉料品位最低。当叶轮转速为200r/min时,金属品位最高。这是由于当离析器叶片转速较低,风选器腔体内没有形成有效旋流,壁面的磨蚀沉积、颗粒间曳力没有起到作用,从而使得固体颗粒之间没有有效混合,当离析器叶片转速较高时,风选器腔体内虽形成强旋流场,有利于不同颗粒间的分离,但树脂等物料由于离析器叶片转速较高,风选器通过率低,从而也影响到金属的品位。
对比分析了不同参数下(风选过程中线路板颗粒粒径及离析器叶轮转速),实验及模拟的风选效率关系,试验结果与仿真结果两者吻合较好,通过风力分选实验验证了模拟结果的有效性及分选方案的可行性。