深海采矿系统水平软管水力输送阻力损失规律研究

目前公认的深海采矿系统是利用管道水力将深海底矿石提升到海面采矿船上。由于受海底破碎条件和废水排放环境要求,输送的深海矿石粒径较粗。粗颗粒具有极易沉积的特点,输送参数也较难确定。通过自行设计的管道水力输送模拟系统,研究了不同浓度、粒径、速度条件下粗颗粒在水平管道中的运动状态及阻力损失的变化规律。研究结果表明:(1)随固液两相流流速的增大,水力坡度呈现规律性变化,且阻力损失的变化规律与粗颗粒运动状态存在一定的关系;(2)通过引入管道附加损失与福氏数,建立了颗粒运动状态与阻力损失之间的定量关系,提出了粗颗粒在水平管道水力输送条件下流态分区的判定标准;(3)分析了管道附加损失的影响因素,提出了管道附加损失的计算公式。研究结果为粗颗粒管道水力输送系统参数设计提供依据。

阻力线性化条件下纵向离散系数的半解析解法

纵向离散系数是水质模型的关键参数,对于污染物的影响范围具有决定性影响,一直是环境水力学的研究热点。目前纵向离散系数的确定以经验、半经验方法为主,物理机制不够明确。基于底部阻力局部线性化假定,利用幂级数求解断面流速分布,代入Fischer纵向离散系数积分公式,建立了纵向离散系数的半解析方法。利用100余条天然河流数据进行验证,结果表明计算值为实测值的0.3～3.0倍,精度符合工程要求。该方法推导严密、计算量较小,一定程度上反映了离散的物理机制,与前人计算公式的误差在同一量级,具有一定的可靠性。

不同粒度颗粒在非恒定管流中跟随性试验

管道中固液两相流水击对管道和输送系统可能产生严重的破坏,而固液两相在这种非恒定流中的运动特性是计算最大水击压力变化的重要依据。采用粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry,PIV),通过试验研究水击发生时,水平圆管中不同平均流速、颗粒粒径条件下,流体介质和粗颗粒在管道断面的速度分布以及粗颗粒跟随性的变化规律。研究结果表明:(1)在水击发生的不同时刻,圆管流中粗颗粒的流速在管道断面分布呈不规则的抛物线型分布,主要表现为靠近管道壁面底部的颗粒流速略小于靠近管道顶部流速,当颗粒粒径大于1.5 mm,平均流速小于2.5 m/s时,粗颗粒表现出明显的沉降特性;(2)粗颗粒的跟随性与颗粒受力有密切关系,其中颗粒速度与流体速度的变化量是影响颗粒受力的重要参数;(3)基于试验数据拟合得到了水击条件下粗颗粒跟随性系数k的经验公式,并分析了颗粒粒径、管道直径、两相流平均流速以及水击发生时间等不同参数对粗颗粒跟随性系数的影响,公式计算值与实测值之间的误差在5%以内。

深海多金属结核采集过程对沉积物扰动试验研究

为探究深海多金属结核开采过程对海底沉积物的扰动情况,开展了不同射流速度、不同离底高度、不同行进速度条件下多金属结核采集头射流冲刷沉积物水池实验,探究了冲沟深度变化和沉积物迁移扩散规律。结果表明,多金属结核采集过程不仅冲刷沉积物颗粒,也会冲刷沉积物块,导致冲沟表面凹凸不平;沉积物被扰动后,通过上层羽状流和底层重力流形式迁移扩散。

深海多金属结核流态化采集头流场参数匹配

深海蕴藏着丰富的矿产资源,其中,多金属结核可能成为未来金属资源的有效保障。开发多金属结核的难点之一就是如何将矿石从沉积物中高效绿色采集到采矿车上,水力采集方式是目前研究的热点。基于双排喷嘴射流的水力式集矿装置因具有结构简单、可靠性高及能耗较低等优点,受到广泛关注。利用流体仿真分析软件对不同射流角度、不同抽吸速度的采集头内部流场的速度场进行数值模拟与参数匹配研究,采用标准k-ε湍流模型,以采集头有效作用区上喷流速度的平均值和离散系数来评价采集头流场效果。结果表明,采集头采用前后射流与水平方向呈70°角、前排喷嘴射流速度10 m/s、后排喷嘴射流速度15 m/s、抽吸速度为5 m/s等参数时,内部流场效果相对较好。

基于IPP图像软件的管流中粗颗粒运动信息提取方法研究

运用大功率激光光源和Nikon D810单反相机进行了管道水力输送模拟试验,并以试验中得到的管道断面图像为研究对象,详细介绍了基于图像软件Image-Pro Plus(IPP)的管道断面颗粒提取方法,并以5张图像的处理结果对此方法进行验证。结果表明,提取出的颗粒数量平均误差小于5%,说明该种分析方法能准确地将目标颗粒提取并呈现出来,是一种具有代表性的、可操作的管道断面颗粒图像处理方法。

水力输送管道中粗颗粒运动状态变化及其判别

粗颗粒运动形态变化规律是管道安全输送的关键问题.针对这一问题,利用粗颗粒管道输送试验系统,通过高速摄影技术和粒子图像测速法记录粗颗粒的运动状态及其速度变化,分析了不同粒径、不同体积浓度、不同输送速度条件下粗颗粒在管道中的水力学特性,并拟合得到粗颗粒运动状态的判定参数.研究结果显示,粗颗粒在管道中随着流体平均流速的增加依次出现扬动状态、间歇式推移状态、连续式推移状态和悬移状态,并通过不同运动状态的力学机制和能量损失分析提出了不同运动状态的变化规律;从粗颗粒安全输送的角度,提出连续式推移状态是粗颗粒在较广输送速度范围内,能够实现连续有效输送的一种运动形式,是管道运输中的颗粒物主要运动状态;从分析结果可知,粗颗粒的运动状态与流速、颗粒粒径以及颗粒浓度有关,通过引入管径和重力加速度两个参数,采用量纲分析法得到无量纲数φ为颗粒运动状态判别参数,并以此作为判定粗颗粒不同运动状态,该参数可以在工程中预测粗颗粒的运动状态.

基于PIV技术粗颗粒在管流断面浓度分布试验研究

在河道清淤、全尾砂充填以及深海采矿等很多工程应用中,需要利用管道输送粗颗粒物料,以往对粗颗粒在管流中的运动特性研究较少,工程设计缺少参考依据.本文基于PIV技术对管流中粗颗粒浓度分布进行试验研究.试验中,采用了0.5、1.5、2.5mm三种粒径的石英砂作为输送物料,利用PIV记录了1.5、2.5、3.5m/s三种不同管流速度下颗粒在断面上垂向浓度分布特征.结果表明:在一定流速条件下,颗粒粒径越大,浓度分布越不均匀,浓度最大点的高度越低,最大浓度值越大;一定粒径条件下,流体平均流速越大,浓度分布越均匀,浓度最大点位置越高,最大浓度越小.基于量纲分析法和试验结果拟合,得到了颗粒垂向最大浓度点出现的相对高度与水流平均流速、颗粒粒径、管径的关系.最大浓度点位置计算值与实测值最大误差为10%.

基于PIV技术的粗颗粒在管流中跟随性试验研究

受工程条件的限制,越来越多的颗粒物料水力输送工程需采用粗颗粒输送,如深海采矿、河道清淤以及全尾砂充填等。本文利用PIV技术对管流中粗颗粒运动特性进行试验研究,探讨0.1、0.5、1.5、2.5mm四种粒径的石英砂在管流断面流速分布及其对水流的跟随性规律。结果表明:颗粒粒径越大,流体速度越小,颗粒的跟随性越差;反之,颗粒跟随性越好。颗粒跟随性在管道上半部分呈对数分布,在下半部分呈指数分布,分析得到在相对高度为0.2、0.5、0.8处的颗粒跟随性与水流速度,颗粒粒径,管径的关系,并通过拟合得到颗粒跟随性在整个管道断面分布的数学表达式,最大误差小于7%。

记录,定格

我的兴趣是从画画开始，喜欢过涂鸦，喜欢过版画，喜欢过雕塑，但速写都是它们呈现之前的前身。创造性和记录性的速写，我更偏向于记录。记录是一个美好而神奇的东西，它会让你在时隔多年也能想起当时的所绘所想。它是定格在一个时期的物件，不被时间的流逝而消磨至尽。

一天一手绘

何青树，老家在广西玉林一个山清水秀的农村，来北京读书是从小的梦想。为这个梦想，复读过一次，终于考来了北京。这个大世界给他的除了新奇，还有困厄和孤独。为了解决生计问题，他大一时便在外面带艺考画班，班主任何威老师的一句话，让他重新思考上大学的目的。