矿浆管道输送临界流速试验研究

为了精确计算矿浆管道输送的临界流速,根据前人试验数据,分析了浆体浓度、管道直径、浆体粒径组成及浆体密度等对临界流速的影响,并进行机理分析。在研究前人计算临界流速公式的基础上,提出计算临界流速公式新模型及临界流速的新定义,通过量纲分析拟合出临界流速计算新公式,并对新公式进行验证。结果表明,临界流速随着浆体浓度和管径的增加而增大,随颗粒粒径和管径比值的增大而减小。本文的试验临界流速实测值与计算值最大误差为2.69%,平均误差为1.29%;文献中试验的临界流速实测值与计算值平均误差分别为4.18%、10.25%、11.45%;临界流速计算新公式平均误差均在12%以内,满足稀悬液浆体管道输送临界流速的预测要求。

水沙非均质流水平管道流动临界速度研究

为研究水沙非均质流管道流动的临界速度,在分析前人非均质流管道输沙试验研究成果的基础上,利用数据回归方法建立水沙非均质流管道流动的堆积界限速度计算模型,同时通过分析费祥俊阻力公式,采用求导方式,给出了水沙浆体阻力最小临界速度计算式。然后利用相关学者的若干组数据,对所提出堆积界限速度和阻力最小临界速度的计算值和试验值进行对比。结果表明,作者提出的堆积界限速度和阻力最小临界速度的预测值与实测值的偏差大都不超过15%。最后分析了堆积界限速度和阻力最小临界速度随颗粒粒径、管道直径和浆体输送浓度变化的规律,得出随着颗粒粒径减小,两者差距逐渐变小;随着管道直径变大,两者差距逐渐变大;随着输送浓度变大,堆积界限速度呈略微变小的趋势,而阻力最小临界速度则呈显著增大的趋势。

基于流固耦合的倾斜管道浮游界限速度研究

为研究倾斜管道煤浆浮游界限速度以及浮游界限速度影响因素,通过理论分析,给出含有管道倾角和浓度因子的沉降速度表达式.在有关流固耦合研究的基础上,通过研究固体颗粒悬浮的旋涡能量与固体颗粒悬浮所需的总能量平衡关系,给出了倾斜浆体管道煤浆浮游界限速度的计算模型.通过实验研究法,对平均粒径分别为2.2 mm、2.7 mm和3.1 mm,体积浓度为3%～18%的窄级配煤浆体在直径为25 mm,30 mm和50 mm的水平及倾斜管道的流动情况进行研究,得到82组不同煤种、体积浓度、管道内经及角度的浮游界限速度数据.研究结果表明:模型与实测数据最大偏差不超过16%,煤浆浮游界限速度与煤浆体积浓度、管道直径和颗粒粒径正相关,与管道倾角负相关.模型与其他同类公式对比分析表明,所提出的计算模型能够较为准确地预测实验条件下倾斜及水平管道煤浆浮游界限速度.

膏体倾斜管道自流输送水力坡度研究

通过倾角为40°、50°和60°的膏体管道输送试验结果,分析了膏体管道输送水力坡度的影响因素,研究了膏体屈服应力和刚度系数与膏体浓度的关系。在水平管道水力坡度计算公式的基础上,通过分析发现,倾斜管道中的水力坡度相对于水平管道水力坡度减少值与福氏数、浆体浓度和管道倾角有关。通过绘图分析以上参数对水力坡度减少值函数的影响规律,给出了水力坡度减小值函数的表达式,进而给出了膏体倾斜管道自流输送水力坡度的计算模型。采用70°倾角膏体输送试验结果对作者所提出的模型进行了检验,发现最大偏差在12%以内。

粗颗粒尾矿浆体管道输送速度分布规律研究

基于垂向剪应力呈线性分布假设,给出了零剪应力点的垂直位置计算方法和对应的最大剪应力计算方法,由此,通过借鉴普朗特半经验公式,给出了滑动床上方速度分布计算公式。通过粒径为1.71 mm的粗尾矿颗粒高浓度尾矿管道流动试验,测定了水平管道和倾斜管道中不同条件下若干组浆体速度分布试验数据。计算值和实测值的对比分析表明作者速度预测模型计算值与实测值较为一致,两者最大偏差不超过12.16%。作者速度分布公式的计算结果表明,随着管道倾角的增大而增大,最大速度点偏离管道中心之上的距离越来越大,同时速度分布变得越来越均匀。

伴有滑动床的水砂浆体倾斜管道流动研究

为进一步研究伴有滑动床的倾斜浆体管道砂颗粒输送规律,应用力平衡理论,研究了悬浮层、滑动床层速度以及滑动床厚度求解方法,由此给出了倾斜管道淤积临界速度迭代求解方法。同时,应用悬浮层剪应力线性分布假设,并借助普朗特经验公式,给出了滑动床上方速度分布模型。粗砂管道水力输送实验数据表明:(1)淤积临界流速与颗粒粒径和输送浓度负相关,输送浓度不变时,淤积临界流速与管道倾角大小正相关。与模型计算结果对比表明淤积临界速度计算值和实测值最大偏差为13%;(2)随着管道倾角增加,最大速度点位置有向上偏移的趋势。与计算结果对比表明上层速度分布理论模型计算值和实测值偏差不超过10%。结果表明力平衡理论和剪应力线性分布假设能够较好地用于伴有滑动床的倾斜粗砂浆体管道淤积临界速度和滑动床上方速度分布预测研究。

粗颗粒煤浆管道输送级配降级及其影响研究

针对粗颗粒煤浆输送中颗粒级配降级预测研究不足的问题,采用试验研究和理论分析法,给出了输送30、40、50和60 min时煤浆中各颗粒粒级的质量百分数、黏度和水力坡度值,提出用磨矿理论研究粗颗粒煤浆管道输煤过程的构想,据此给出了破碎率函数和磨矿平衡方程的求解方法。研究表明,煤浆输送30和50 min时颗粒级配的预测值与实测值最大偏差不大于12.53%。随着粗煤浆体输送时间的延长,煤浆相对黏度逐渐增大,主要原因是由于2.0 mm以上粗颗粒的颗粒细化,增加了0.074 mm以下的细颗粒含量。颗粒级配降级导致水力坡度降低主要是由于粗颗粒细化导致沉降速度降低及与管道底部接触的粗颗粒有所减少的原因。

水煤浆管道输送摩阻损失研究

以十二醇醚为分散剂,进行了水煤浆管道输送实验研究,分析了分散剂浓度和煤浆浓度变化对煤浆摩阻损失的影响。煤浆管道输送数据分析及理论计算结果表明:分散剂浓度越大,煤浆摩阻损失值越小;水煤浆浓度越大,摩阻损失值越大。实验数据拟合结果表明有效黏度与平均切变率成线性关系,从理论上给出了煤浆摩阻损失的计算公式,计算值与实测值偏差不大于18%。

高落差复杂地形浆体管道消能方式研究

总结了国内外高落差浆体管道工程的加速流防护经验,介绍了10余种消能方式,并从技术和经济上进行了分析比较,可为今后各种复杂地形浆体管道的工程设计和运营管理提供参考。

水煤浆的流变参数及水力坡度研究

以月桂醇聚氧乙烯醚为分散剂,海泡石为稳定剂,进行了水煤浆流变参数和管道输送实验研究。分析了分散剂质量分数、水煤浆质量分数及稳定剂质量分数变化对极限沉降浓度等的影响,并从理论上给出了假塑性及胀塑性流体水力坡度计算方法。颗粒级配实验和流变参数数据分析结果表明:分散剂质量分数为1.000%时,最高制浆质量分数达到72%,小于极限沉降浓度;质量分数66%的水煤浆中,分散剂质量分数为1.000%时,极限沉降浓度和表观黏度分别取得最大值(78.03%)和最小值(442.31×10^-3 Pa·s);表观黏度随水煤浆质量分数的增加而增加;随着稳定剂质量分数由0%增加到0.7%,质量分数66%浆体的析水率先降低,后维持0.2%不变;稳定剂的加入在很大程度上可增加水煤浆的表观黏度;煤浆管道输送数据的分析及理论计算结果表明,分散剂质量分数越大,则质量分数66%水煤浆的水力坡度值越小;水煤浆质量分数越大,水力坡度值就越大;质量分数66%水煤浆的水力坡度值随稳定剂质量分数的增大而增加,且增量有降低趋势。水煤浆输送水力坡度可用基于流变参数的均质浆体水力坡度公式计算,计算值与实测值偏差不大于18%。

高质量分数煤浆流变参数及输送压力梯度研究

针对Herschel-Bulkle煤浆管道输送压力梯度预测不准确的问题,采用试验研究和理论分析方法,研究了煤浆质量分数w_(w)和煤浆分散剂质量分数w_(f)对屈服应力τ_(0)、流动指数n和稠度系数K的影响,分析了w_(f)、w_(w)和平均切变率8V_(m/D)对管壁切应力τ_(w)的影响,由此通过数据拟合和回归分析确定了高质量分数煤浆管道输送压力梯度计算模型。结果表明:应力τ_(0)、指数n和系数K随w_(w)增加而增加,煤浆从屈服假塑性流体逐渐过渡到屈服胀塑性流体;随w_(f)增加,τ_(0)和K呈现降低趋势,而n呈现逐渐增大趋势,煤浆假塑性呈现减弱趋势;煤浆输送参数τ_(w)与8V_(m/D)及w_(w)均呈现指数关系,与分散剂质量分数因子1/w_(f)呈线性递增关系。模型验证结果表明,高质量分数煤浆压力梯度公式预测值相对于实测值的偏差不大于13%。

伴有滑动床的大颗粒水沙浆体浓度分布研究

在作者前期研究及相关学者的研究成果的基础上,推导出了基于两层模型的滑动床上方水沙浆体浓度分布计算模型,进一步结合剪切层浓度线性分布特点,给出了考虑剪切层的三层浓度分布计算模型。通过粒径为1.71 mm的粗砂颗粒高浓度管道流动试验,测定了水平管道和倾斜管道中不同条件下若干组大颗粒浓度分布随倾角变化的试验数据。浓度分布实测值与作者浓度分布模型计算值对比分析表明,三层浓度计算模型较两层浓度模型,能够较为准确预测滑动床上方的粗颗粒浓度分布情况。

我国矿浆管道输送技术水平与挑战

介绍了近年来国内矿浆管道工程理论研究和管道技术的应用水平及最新进展,总结了我国矿浆管道技术发展中存在的主要困难和挑战,展望了未来矿浆管道发展趋势。

多泵并联管道中调节阀控制流量平衡系统的应用

通过调节阀控制多泵并联管道中各泵输出流量平衡是一种简便易行的流量平衡调节方式。文中对多泵并联管道中调节阀控制流量平衡的工作原理以及控制系统的组成等进行介绍,并结合陕西神渭输煤管道工程中实际应用情况,对调节阀的性能曲线进行校核标定,同时,在多泵并联条件下对调节阀控制流量平衡系统的设备配置和控制效果进行了介绍,最终建立了一套完善的流量平衡控制系统。

长距离浆体管道关阀水击压力计算

长距离浆体管道输送操作过程中会发生水击现象,严重影响系统运行的安全性和可靠性。关阀水击在管道操作过程中普遍存在。为通过模型计算,有效预测关阀水击压力,文中综合考虑了浆体特性对水击波速的影响,采用弹性水击理论,应用水击连锁方程得到浆体管道关阀水击压强模型。通过实验室实测数据与模型对比,验证了该模型数据与实测数据误差较小。

露天矿地形地质集成实体模型动态更新技术研究

针对露天开采的特点,提出了一种露天矿地形地质集成实体模型快速动态更新方法。该方法对地形及采场模型采用扩展边界内局部更新方法,实现采动范围内新旧两期DEM无缝拼接;地质模型则采用重构方法,将新增的写实数据作为新的样本点,重新进行空间插值,重构地层及地质体模型;更新后的地形、地质实体模型,通过两两布尔运算进行实体耦合,实现了地形地质集成实体模型的动态更新。应用实例表明:该方法快速可靠稳定,操作性强,能够实现工程体无缝开挖模拟和空间分析,满足了生产设计及工程管理对于地形地质集成模型动态精准的要求。

水流态化下粗砂颗粒悬浮额外阻力研究

颗粒的力学分析是粗颗粒管道运输的重要研究内容,流态化下颗粒力学研究是一种有效的研究方法。为了研究流态化条件下上升水流中粗砂颗粒所受阻力,利用实验手段,分别对颗粒直径为0.5 mm、1.2 mm、2 mm、3.3 mm和4.5 mm的粗砂颗粒在垂直水流中的流动阻力进行了分析研究。实验数据结果表明,粗砂颗粒还受到额外阻力作用。由此提出了采用干涉力前增加额外阻力系数来描述该额外阻力的方法。通过对实验数据的拟合,给出了额外阻力系数的表达式,并给出了额外阻力同水流上升平均速度和颗粒粒径的变化关系。

粗砂水流态化状态颗粒悬浮额外阻力研究

颗粒受力是粗颗粒管道运输的重要研究内容,而颗粒流态化受力研究是一种简化的研究方法。为了研究流态化条件下上升水流中粗砂颗粒所受阻力,采用了试验方法,研究粒径颗粒分别为0.5 mm、1.2 mm、2 mm、3.3 mm和4.5mm的粗砂在垂直水流中的流动阻力。实验数据的计算结果表明,粗砂颗粒还受到额外阻力作用。由此提出了采用干涉力前添加额外阻力系数来描述该额外阻力的研究方法,并在研究了该阻力系数的影响因素基础上,通过实验数据拟合,给出了阻力系数的表达式。最后研究了额外阻力随水流上升平均速度和颗粒粒径的变化关系。

伴有滑动床的粗颗粒石膏矿石浆体流动速度分布初探

随着浆体管道输送工程的应用和发展,输送颗粒的粒径越来越大,伴有滑动床流动的粗颗粒浆体的输送工程越来越多。基于滑动床以上的悬浮层内的剪切应力呈线性分布的假设,提出了最大流速点(即剪应力最小点)位置的计算公式。在最大流速点至管道内任意点方向应用流速亏损定律,给出了悬浮层内任意点速度分布的计算模型。通过石膏矿石浆体管道输送试验,给出了若干组浓度分布、速度分布实验数据。通过若干组数据的回归分析,给出了最大速度值的计算公式及卡门常数值。利用试验数据,对最大速度点位置计算公式和滑动床上速度分布的计算模型进行了检验,其计算值和实测值的最大偏差分别为3.8%和14.3%。

煤炭铁路运输过程中的环境污染及防治

煤炭在相当长的时期内仍然是中国最主要的一次能源,由于煤炭资源分布和消费地不均衡,造成了煤炭北煤南运,西煤东调的运输格局。煤炭运输是制约煤炭行业发展的瓶颈。目前,中国煤炭主要运输方式有:水路、公路、铁路。铁路运输是煤炭运输的主要方式。煤炭的铁路运输过程中,扬起的煤尘不仅造成煤炭资源损失,危害人类健康,还会影响铁路运行安全,危害沿线农作物生长。传统的车厢加盖或篷布遮盖防尘法,洒水防尘法已不能满足防尘需要。煤粒表层固化技术防尘法及综合防尘法被证明是最有效的防尘方法。