基本信息
- 項目名稱：
- 顆粒物料在管道水力輸送中運動形態(tài)與阻力變化規(guī)律研究
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 管道水力輸送是固體物料高效節(jié)能的運輸方式之一。本文利用管道水力輸送試驗研究了不同粒徑、濃度以及輸送速度條件下顆粒物料在管道中運動形式的變化和阻力變化規(guī)律。采用現(xiàn)代高速攝影技術分析了顆粒在管道中運動的形式，并利用專業(yè)圖像軟件分析顆粒不同運動形式。得到了輸送運動狀態(tài)、水力坡度公式等多項研究成果。
- 詳細介紹：
- 固體物料管道水力輸送技術是尾礦充填、水力輸煤等實際工程應用的基礎，尤其是比較難以輸送的粗顆粒物料。本作品基于試驗數(shù)據提出了粗顆粒在管道中的最佳輸送形式和壓力損失計算公式，為工程應用提供了設計依據，具有重要的應用價值。該技術對減少礦渣污染，尾礦壩潰壩風險以及大宗顆粒物料輸送工程節(jié)能減排具有重要的現(xiàn)實意義。 本文利用管道水力輸送試驗研究了不同粒徑、濃度以及輸送速度條件下顆粒物料在管道中運動形式的變化和阻力變化規(guī)律。采用現(xiàn)代高速攝影技術分析了顆粒在管道中運動的形式，并利用專業(yè)圖像軟件分析顆粒不同運動形式。得到以下主要結論：1）水平管道中粗顆粒的運動狀態(tài)可分為懸移、滾動推移和滑動推移三種。滾動推移輸送速度較低，輸送量較小，不滿足應用需求，而懸移僅在顆粒小和高速水流作用才能出現(xiàn)，能耗較大，滑動推移可作為粗顆粒物料的主要運動形式；2）基于試驗研究結果提出粗顆粒在水平管道中運動狀態(tài)由滾動推移向滑動推移轉變時的臨界決定條件計算公式；3）依據粗顆粒在不同運動狀態(tài)下水力坡度的變化規(guī)律，利用量綱分析原則，提出了管道壓力損失計算公式。從顆粒運動力學機制的微觀分析入手，提出了面向工程應用的宏觀參數(shù)計算公式，為管道水力輸送系統(tǒng)設計提供理論依據。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 固體物料管道輸送技術作為一種新型物流技術具有清潔、節(jié)能、不受其他因素干擾的特點，近年來，管道水力輸送技術已在很多領域獲得應用，如尾礦充填、水力輸煤、礦石輸送等。本作品設計一套管道水力輸送模擬試驗系統(tǒng)，以粗顆粒石英砂作為輸送物料，研究了管道中不同粒徑顆粒在水力作用下運動形式變化及其臨界條件，并測量了管道輸送的阻力變化。基于試驗結果，提出了粗顆粒物料輸送速度和壓力損失計算公式。
科學性、先進性及獨特之處
- 作品的科學性：（1）基于大量顆粒微觀運動形式的觀察分析，提出了顆粒水力輸送參數(shù)確定的依據；（2）基于大量的管道輸送試驗結果，提出了輸送阻力計算公式。 先進性：表現(xiàn)在測試方法和手段上，利用高速攝影機從不同角度立體拍攝顆粒運動形式，并利用專業(yè)圖像軟件進行分析，提出了顆粒不同運動形式及其臨界決定條件。 本作品獨特之處是既有基于力學機制的微觀分析，又有面向工程應用的宏觀參數(shù)計算公式，研究深入透徹。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 固體物料管道水力輸送技術是尾礦充填、水力輸煤等實際工程應用的基礎，尤其是比較難以輸送的粗顆粒物料。本作品基于試驗數(shù)據提出了粗顆粒在管道中的最佳輸送形式和壓力損失計算公式，為工程應用提供了設計依據，具有重要的應用價值。該技術對減少礦渣污染，尾礦壩潰壩風險以及大宗顆粒物料輸送工程節(jié)能減排具有重要的現(xiàn)實意義。
學術論文摘要
- 管道水力輸送是固體物料高效節(jié)能的運輸方式之一。本文利用管道水力輸送試驗研究了不同粒徑、濃度以及輸送速度條件下顆粒物料在管道中運動形式的變化和阻力變化規(guī)律。采用現(xiàn)代高速攝影技術分析了顆粒在管道中運動的形式，并利用專業(yè)圖像軟件分析顆粒不同運動形式。得到以下主要結論：1）水平管道中粗顆粒的運動狀態(tài)可分為懸移、滾動推移和滑動推移三種。滾動推移輸送速度較低，輸送量較小，不滿足應用需求，而懸移僅在顆粒小和高速水流作用才能出現(xiàn)，能耗較大，滑動推移可作為粗顆粒物料的主要運動形式；2）基于試驗研究結果提出粗顆粒在水平管道中運動狀態(tài)由滾動推移向滑動推移轉變時的臨界決定條件計算公式；3）依據粗顆粒在不同運動狀態(tài)下水力坡度的變化規(guī)律，利用量綱分析原則，提出了管道壓力損失計算公式。從顆粒運動力學機制的微觀分析入手，提出了面向工程應用的宏觀參數(shù)計算公式，為管道水力輸送系統(tǒng)設計提供理論依據。
獲獎情況
- 無
鑒定結果
- 無
參考文獻
- [1]甘正旺, 許振良. 推移質間相互作用力研究[J]. 管道技術與設備, 2005, 2: 3-5. [2]林愉, 黃以細. 潔凈煤柱的實驗研究和性能分析[J]. 中國礦業(yè), 2006, 15(6): 84-90. [3]路展民, 楊秀芝, 垂直管湍流液－固流中大顆粒的相對速度[J]. 力學學報, 1999, 31(1): 29-36. [4]孟慶華, 許振良. 水平管道中固體顆粒推移和懸移狀態(tài)的判別[J]. 水力采煤與管道輸送, 2005, 12(4): 3-5. [5] 鄒偉生.深海采礦揚礦管的運動對流動參數(shù)影響的研究[J].礦冶工程,2003,23(3):12-14. [6] 汪東.非均質流水平管道臨界流速研究[J].礦冶工程, 2008, 28(4):20-22. [7] 孟慶華,許振良.水平管道中堆積速度的確定[J].管道技術與設備,2005,6: 3-4,21. [8] 費祥俊.漿體與粒狀物料輸送水力學[M].北京:清華大學出版社,1994. [9] 倪福生,齊幟.管道輸沙兩層流動模型分界面位置的確定[J].中國港灣建設,2008,1:13-15.
同類課題研究水平概述
- 管道水力輸送是水力采煤、深海采礦、尾礦回填等實際工程運用的技術基礎，具有廣泛的應用前景，國內外研究者對管道水力輸送的相關方面做了不少的研究，主要有以下幾個方面： 粗顆粒個體在管道中的運動力學特性研究，主要成果有:許振良等人對顆粒在水平管道中速度分布規(guī)律、推移質間相互作用規(guī)律和界限速度求解方法的研究，Sommerfeld對流體中顆粒個體受力及相互作用模型進行了理論分析，Campbell和McCarthy從顆粒流運動狀態(tài)角度入手對管道水力輸送過程中顆粒垂向分選及顆粒間相互作用模式與規(guī)律作了研究。其中，壓力損失是粗顆粒運輸?shù)闹饕攸c之一，Asakura利用數(shù)模模擬進行了垂直管水力提升阻力特性研究；許振良等從固體粗顆粒加速過程中相互發(fā)生動量傳遞的機理，清水和固體粗顆粒的質量和它們的速度變化，以及它們之間發(fā)生的動量傳遞關系等這些基本問題的分析出發(fā)，提出了水平管內非均質流速度分布的新模型。 不同領域的管道輸送工程中的應用研究，主要成果有:選礦尾礦水力輸送系統(tǒng)水平管道的動力研究，董長銀與張琪等考慮大斜度井井眼曲度變化和篩管中立下垂偏置等復雜條件,對水平和大斜度油井礫石水力填充特性進行了研究，初步提出了描述礫石充填過程的數(shù)學模型及相應的設計方法。林愉等人從節(jié)約水資源和環(huán)保角度考慮，發(fā)展了獨特的壓制大塊煤柱長距離輸送技術，可為粗顆粒輸送形式提供新思路。此外，韓文亮等以深海采礦為背景對粗顆粒垂直管道水里提升特性進行了深入研究。 粗顆粒在管道中的運動狀態(tài)除受物料濃度、管道直徑、水流平均流速等因素影響外，還由受力情況決定，主要的作用力包括重力、浮力、流體對顆粒的拖拽力、壓力梯度力、顆粒與管壁、顆粒之間的相互作用力等。近年來，Campbell和McCarthy分析了顆粒流中多顆粒作用的力學模型，對顆粒流動狀態(tài)下非均勻顆?；旌蠙C制進行了試驗研究，分析了顆粒運動規(guī)律的影響因素。粗顆粒在管流中受力特點與微觀運動特性的研究為粗顆粒水力管道輸送的工程應用奠定了重要基礎，但是受試驗測試技術與計算機模擬能力的限制，該方面研究仍有待進一步發(fā)展與創(chuàng)新。
