泡沫浮选是基于矿物表面疏水性差异实现微细 粒物料中不同矿物颗粒分离富集的有效分选方法，被广泛应用于各种领域，如选矿、选煤、废水处理、油砂处理、粉煤灰脱碳和纸浆脱墨。浮选过程中，空气被旋转的叶轮或气体喷射器引入浮选槽产生微小的气泡，在气−液−固三相浮选体系内，颗粒与气泡会发生相互作用，包括碰撞、黏附和脱附。在颗粒与气泡碰撞−黏附过程中，只有使颗粒与气泡间的水化膜薄化直至破裂出一个核孔，形成稳定的三相润湿周边，矿物颗粒才能黏附在气泡上，进而在上升水流作用下到达泡沫层。因此，目的矿物颗粒稳定地黏附在气泡上是泡沫浮选过程中的关键环节。

浮选槽内的湍流环境会极大地影响矿物浮选过程中颗粒与气泡的相互作用。已有实验研究表明，强湍流流场可以提高颗粒与气泡的碰撞概率，有利于湍流环境中颗粒与气泡的黏附，但同时也会增加颗粒的离心力，从而导致颗粒与气泡脱附。目前获得湍流环境最直接有效的方法是安装格栅。固定格栅会对经过格栅的流体产生扰动作用，从而在格栅后产生近似各向同性湍流。MAZELLIER和VASSILICOS定义了参数X∗ = L02/H0 (其中，L0、H0 分别为最大条形的长度、厚度)，该参数区分了具有高各向异性的近格栅区域和具有近各向异性的远格栅区域。MELINA等研究了3种不同格栅的流场特征，即单一方形格栅、均匀格栅和分形格栅。为保证格栅后流场的稳定性，笔者选择了简单的方形格栅。

目前，计算流体力学−离散元(CFD−DEM) 模拟是研究颗粒−流体两相流的一种强有力工具。使用计算流体动力学(CFD)求解流体相，使用离散元法 (DEM) 求解颗粒相，可以准确模拟两相行为和颗粒−流体之间的相互作用。此外，颗粒的粒径、密度等参数可在模拟中得到准确体现。

为了模拟颗粒与气泡的碰撞−黏附过程，学者们建立了多尺度浮选机 CFD 模型。KOH 等通过CFD的群平衡模型来模拟浮选过程中的颗粒与气 泡黏附过程。SASIC等采用直接数值模拟(DNS)框架和流体体积法(VOF)来研究沉降颗粒与 上升气泡的相互作用水动力，分析了分离距离、气泡 形状和颗粒密度对颗粒与气泡轨迹的影响。WANG等使用CFD模拟研究不同湍流强度对颗粒−气泡 碰撞效率的影响，提出了分析湍流扩散模型(TD)，用 于量化湍强度对碰撞效率的影响。MAXWELL等采用三维DEM 数值模拟，研究了单颗粒或颗粒群与固定气泡的碰撞动力学以及颗粒在气泡表面的滑动动力学，首次计算并分析了颗粒群在气泡表面的滑动 时间和堆积排列。MORENO-ATANASIO等采用离散元法 (DEM) 分别模拟了静态和动态流体环境中， 颗粒群初始状态对气泡捕获颗粒数量的影响。研究 发现，在静止流体的情况下，颗粒在气泡上方生成时(顶部分布)气泡捕获颗粒的概率要比颗粒围绕气泡生成时(球形分布)大。YASMIN等基于 DEM 开发 了一个单向耦合声场的颗粒与气泡间相互作用的三 维离散元模型，其中气泡的振荡行为采用一维Rayleigh-Plesset方程控制，模拟实际浮选中加入声场 可以提高矿物浮选回收率的情形。GEL等使用CFD−DEM耦合法构建了一个颗粒群−气泡间相互作用的三维离散元模型，用于模拟不同固体体积分数 (0.01~0.25) 的颗粒群与静止气泡 (气泡雷诺数为 50~200) 的相互作用。

现有关于颗粒与气泡黏附过程的数值模拟主要在静水环境下进行，对湍流环境下颗粒与气泡黏附的模拟研究鲜有报道。因此，笔者在颗粒与气泡间力学理论的基础上，结合CFD−DEM方法对湍流环境下颗粒与气泡间的黏附过程进行了模拟研究。