微细颗粒分级对有效提升矿产资源高附加值具有重要工程应用价值。水力分级机以优异的性能在分离科学领域得到了广泛的应用。但是由于现有分级机分离提取的粉体粒度大,粉体间互相夹杂导致粉体质地不纯,不能满足工业对精细粉体的要求。本文提出了一种带有W型反射板、切向进料的新型水力分级机,采用理论计算、数值模拟、实验室测试和工业运行验证方法,对分级机流场及分离性能进行了研究,结果表明新型分级机可有效提高分级精度和分级效率,研究成果对揭示分级机分级机理具有一定的参考价值。应用Fluent软件对Φ200 mm W型反射板分级机流场进行了数值模拟,模拟结果表明:相比于传统分级机,新型W型分级机增加了切向进料结构,减缓了下降物料与上升顶水的对冲作用,提高了流场的稳定性;与传统分级机不同,新型分级机在入料管底部加入了一个W型反射板,料浆经过W型反射板的反射作用使料浆二次折返,与上升水流混合形成干涉沉降,有利于分级腔内矿浆悬浮床层的形成,从而提高分级精度和分级效率。研究表明,适当提高进料速度有利于料浆的螺旋下降,有利于分级区域的流场稳定,从而可以有效提高分级精度,但当进料速度过高时,高速下降的料浆会扰乱分级腔的流场。适当增加进水速度,可以降低分级机内部流场的紊乱程度,有利于下降料浆有效分层,继而提高分级性能,但当进水速度过高时,反而会降低分级分选效果。适当的入料管插入深度可以增加分级腔分级区和沉降区的分级面积,提高分级精度。合适的W型板结构尺寸,有利于料浆有效的抛射分层,有利于形成稳定的料浆悬浮床层,提高分级精度和分级效率。试验研究表明:在一定范围内,当进料速度增大时,分级性能明显提高,当进料速度为1.2m/s时,溢流中小于45μm以下颗粒分级效率可达56.62%,产率可达33.18%,但当进料速度超过1.2m/s时,高速下降的料浆会扰乱分级腔的流场稳定。适当增加顶水速度,可以提高分级性能。当顶水速度为0.9m/s时,溢流中小于45μm以下颗粒分级效率可达66.71%,产率可达36.32%;合适的进料浓度可以减少物料之间由于粘滞力的作用而发生团聚现象,当进料浓度为25%时,溢流中小于45μm以下颗粒分级效率可达67.46%,产率可达35.15%;进料管插入深度影响料浆进入分级腔内的位置,插入太浅导致物料未经有效分级进入溢流,增加物料的分级错配率,插入太深使得反射板和进水腔间形成狭窄空间,导致此区域内湍动能增加,造成分级紊乱。W型反射板结构尺寸影响物料的折返抛射距离,直接影响颗粒在流场内的停留时间,进而影响分级精度。经综合对比,得到了优化的最佳结构参数和操作参数组合方案:进料速度为1.2m/s,顶水速度为0.9m/s,进料浓度为25%,入料管插入深度为350mm,W型反射板与分级腔间隙为25mm。依据研究结果,针对某磁铁矿粉分级具体要求,设计开发了 W型反射板双顶水三产品水力分级机,并进行了工业运行试验,经过验证,溢流产率可达47.49%,分级效率达到64.9%,较传统分级机分别提高了 8.62个百分点和11.34个百分点。