摘要：管道水力输送是运输固体物料的一种重要方式。采用Fortran语言在Visual Studio平台建立了一套描述粗颗粒管道水力输送过程的LBM-DEM(lattice Boltzmann method-discrete element method)数值模拟方法,并用该方法对相同体积的双层颗粒群和三层颗粒群在水平管道中的运动进行了模拟,研究了不同颗粒堆积方式下的水力输送特性。结果表明:推移运动是粗颗粒在水平管道中的主要运动形式,部分颗粒在水流的作用下会产生跃移运动;颗粒群前方存在水流低速度区,且管道初始流速越低、颗粒直径越大时,低速度区的存在越明显;颗粒群上层颗粒在运动的过程中会产生坍塌,随着管道初始流速的增大和颗粒直径的减小,上层颗粒由向下层坍塌逐渐转变为向颗粒群前方坍塌;堆积方式对颗粒群在管道中的运动具有重要影响,双层颗粒群和三层颗粒群在低速度区特性、颗粒坍塌方式等方面存在部分差异。该研究可为粗颗粒管道水力输送技术的发展起到一定的指导作用。

摘要：在崩落矿岩颗粒流动过程中,粗颗粒的存在会影响散体的运移特性和规律。针对现有放矿研究中未充分考虑粗颗粒影响的问题,基于自主设计的矿岩颗粒体系非接触式放矿监测与分析系统开展一系列放矿试验,对比手动圈绘与Image Pro Plus(简称IPP)软件圈绘这2种方式所得松动体(IMZ)形态及松动体高度与最大半径的关系,从定性和定量两个方面验证IPP圈绘在放矿试验中的可靠性,并探究粗颗粒对松动体形态及其四周细颗粒运移特性的影响。研究结果表明:IPP软件可更高效、便捷地自动圈绘松动体。粗颗粒会对四周局部细颗粒位移产生显著影响,且相较于上方细颗粒,粗颗粒对下方细颗粒的影响更大。当松动体经过粗颗粒时,粗颗粒上方局部区域颗粒位移由幂律分布转变为Logistic分布,粗颗粒下方局域区域颗粒位移由幂律分布转变为波动的无规律分布。单个粗颗粒会对松动体局部形态产生显著影响。当松动体边界经过粗颗粒时,松动体局部形态出现凹陷及不连续弯曲现象。当模型中普通颗粒粒径为3~8 mm时,粗细颗粒粒径比dc/df大于6.0的粗颗粒会引起松动体的形态发生变化。粗颗粒的存在会提高四周细颗粒达到放矿口的速度,其上、下方局部区域分别有17.02%和31.42%的颗粒提前达到放矿口。

摘要：为了探究不同垂直压力以及不同粒径、形状和位置的单一粗颗粒对矿岩颗粒体系抗剪强度和运移特性的影响,采用自主设计的矿岩颗粒体系非接触式剪切特性监测与分析系统开展直接剪切试验.研究结果表明,当形状因子>0.5时,添加粗颗粒会显著增加5~10 mm矿岩颗粒体系的抗剪强度,粗细颗粒粒径比为3.07~4.23.粗颗粒在剪出口时的矿岩颗粒体系抗剪强度最大,剪入口次之,位于可视面中心位置时的抗剪强度最小.在所研究的取值范围内,矿岩颗粒体系抗剪强度随着垂直压力的增加呈线性增长规律.当形状因子<0.5时,随着粗颗粒形状因子的增加,抗剪强度无显著变化,当形状因子≥0.5时,随着粗颗粒形状因子的增加,抗剪强度缓慢增加.相较于粗颗粒形状,垂直压力对矿岩颗粒体系抗剪强度的影响更显著.在所研究的取值范围内,不同粗颗粒粒径、形状和垂直压力影响下的四周细颗粒运移轨迹均符合Boltzmann分布.粗颗粒四周细颗粒的垂直位移随着粗颗粒形状因子的增加会显著增加,随着垂直压力的增加,则会降低四周细颗粒的垂直位移;粗颗粒形状因子和垂直压力的二者增加均会提高细颗粒运移轨迹方向的有序程度.

摘要：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。

摘要：管道输送时水流压强的脉动特性反映了管流紊动程度与紊动能量,对管道输送安全及稳定运行影响显著。本研究以管道清水粗颗粒输送为研究背景,通过自行设计的物理模型试验装置,模拟了不同管道逆坡倾角条件下粗颗粒泥沙的水力输送过程,分析了不同逆坡倾角条件下管壁瞬时压强、时均压强、脉动压强振幅分布和频谱特性。试验结果表明,当管道逆坡倾角增大时,脉动压强的时均压强和瞬时峰值压强随倾斜角度的增大而减小;脉动峰值压强总趋势随倾斜角度的增大而增大;脉动压强的振幅分布符合高斯分布,随倾斜角度的增加,脉动压强的振幅逐渐增加。其概率密度函数形态从“高瘦”逐渐向“矮胖”发展;脉动压强的功率谱谱函数的优势频率主要集中在25 Hz的主频范围,随管道的倾斜角度增加,脉动压强的优势频率逐渐向较大频率的发展,总体变化较小。

摘要：研究了平均粒径为3.5-4.5mm的D类物料颗粒流化床的混沌特性。对流化床压力波动时间序列进行了相空间重构,并计算了重构相空间的关联维数和Lyapunov指数谱,得到描述此类流化床稳定运行的最小的状态变量数目,证明粗颗粒流化床系统属于混沌系统,可以利用混沌理论来研究粗颗粒流化床的压力波动,提取其中隐含的信息,进而考察系统的动力学特征。

摘要：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%.

摘要：为探究粗颗粒硫酸盐渍土含水率单次递减条件下的盐胀特性,利用自主设计的多功能盐胀试验装置,开展了粗颗粒硫酸盐渍土盐胀率随4因素(孔隙比、含盐量、温度、初始含水率)变化规律的试验研究。试验结果表明,硫酸盐渍土的体积变化受两种效应的影响:含水率递减引起的干缩效应以及土体中硫酸钠相态变化引起的盐胀效应。含水率单次递减过程中硫酸盐渍土的失水速率与硫酸盐渍土的孔隙比、试样温度、初始含水率呈正相关关系;而与硫酸盐渍土的含盐量呈负相关关系。试验结果中部分试样的盐胀率达到了9%,这表明粗颗粒硫酸盐渍土在含水率单次递减条件下引发的盐胀不容忽略。其研究结果可为西北地区高含盐量的残余型硫酸盐渍土的盐胀性评价提供参考依据。

摘要：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。

摘要：浸没于水中的粗颗粒管道输送系统,由于受到泵、内部两相流及外部流体三者的耦合激励,管道系统振动将对管道输送参数和安全稳定性产生严重影响。为了深入分析水下管道输送系统工作时振动的特性,设计了一套振动测试,对管道系统振动进行了测试,获取管道在不同工况下的时域波形,通过快速傅里叶变换对振动信号进行频谱分析。试验结果表明:随着输送体积浓度增加,X与Y方向的最大振动幅度随着体积浓度增大而增大,但是Z方向的最大振动幅度则是随着体积浓度增加而降低;同一输送浓度情况下,Y方向振动幅度最大,X方向次之,Z方向最小;随着输送浓度提高,流体紊流引起的管道振动加剧。这些结论将为深海采矿管道支撑结构设计和减振提供参考。