超声波对充填料浆流变特性的影响及流变参数预测

为了改善高浓度充填料浆的流变特性,降低充填系统中堵管现象发生的概率,将超声波非接触性地作用于充填料浆。采用高精度Brookfield R/S-SST软固体测试仪,通过试验检测得到超声波作用下不同浓度、不同灰砂比全尾砂充填料浆的流变参数。结果表明:超声波可以显著改善充填料浆的流变特性,降低充填料浆的塑性黏度和屈服应力,超声对料浆黏度值的降低效果可达4.32%～39.33%,对料浆屈服应力的减小效果可达9.66%～34.27%。同时,借助支持向量机建立充填料浆流变参数预测模型。所得预测模型校验结果显示,该模型精度较高,具有较强的泛化能力,实现了功率超声条件下充填料浆流变参数的预测。     

水化反应和温度对新鲜胶结尾砂充填料浆流变特性的耦合效应(英文)

新鲜胶结尾砂充填料浆的流动性取决于它的流变特性,所以理解新鲜料浆的流变性具有重要的意义。此外,料浆的流变性又与料浆中所发生的水泥水化反应进程和温度的发展变化相关。基于此原因,建立数值模型以分析和预测在水化反应和温度耦合作用下充填料浆流变特性的演化规律。在实验室通过试验研究了料浆的流变行为,并将试验结果与模拟结果进行对比来验证模型的有效性。在不同的条件(料浆的初始温度、灰砂比、水灰比)下,利用所建立的模型对水化反应和温度耦合效应下的料浆流变规律进行模拟研究。研究结果有助于更好地理解胶结尾砂充填料浆的流变性。     

膏体料浆管道输送中粗颗粒迁移的影响因素分析

含粗骨料的膏体充填料浆在管道输送时存在粗颗粒沉降堵管和管壁磨损严重的问题,但常规的管道输送实验方法难以获得粗颗粒在管道截面上径向迁移的影响因素。以颗粒在黏塑性流体中的运动规律为基础,结合膏体充填工艺的实际情况,采用数值模拟研究膏体料浆流变参数对粗颗粒迁移的影响。针对实际生产中管道直径与粗骨料颗粒直径之比λ相对较小,在颗粒-流体耦合分析时可将粗骨料颗粒视为宏观颗粒,采用宏观颗粒模型(MPM)进行数值模拟。以Bingham流体的无量纲数,即塑性黏度雷诺数Rep、宾汉姆数Bi为定量评价指标,分析充填料浆的屈服应力、塑性黏度对粗骨料颗粒迁移的影响。结果表明,对于剪切流动区域内的粗骨料颗粒,其径向迁移量与屈服应力值和宾汉姆数Bi呈反比、与塑性黏度值呈正比,在一定的黏性效应下与塑性黏度雷诺数Rep呈正比。     

高碱铝硅酸盐料浆烘干过程特性研究

以烧结法生料浆为研究对象，对生料浆烘干过程中的料浆的黏度变化、不同温度条件下料浆烘干速率进行了试验研究。研究结果表明：料浆黏度与料浆钙比关系不大，随温度升高，黏度降低，且在水分38％为黏度变化拐点；烘干过程中，当料浆水分减少到20％左右时，料浆黏度突然降低，成为塑性；烘干过程基本上为恒速干燥，随温度的升高，烘干时间变短。这些结论对铝硅酸盐料浆的烘干有较大的指导意义。     

基于Projection VOF方法的熔模铸造蜡模充型过程数值模拟

针对熔模铸造蜡模充型过程数值模拟软件自主开发，建立了流动场和温度场数学模型，采用Cross-WLF粘度模型描述蜡料的流变性能，基于Projection VOF方法进行蜡料流动过程速度场、压力场以及自由表面的求解。通过试验测量获取了K512型蜡料的热物理性能和流变性能的相关数据，拟合得到粘度模型参数。分别在蜡料常粘度和变粘度模型两种条件下对扳机铸件蜡模充型过程进行模拟，结果表明，所建立蜡模充型过程数学模型能较好地描述蜡料的动态流变特性和传热行为。     

全尾砂膏体管道输送壁面滑移减阻模型

为定量表征全尾砂膏体管道输送过程中壁面滑移效应的减阻效果,基于膏体柱塞流动模型和H-B流变模型推导出考虑壁面滑移效应的管道阻力公式。滑移层厚度可根据尾砂平均粒径、膏体体积浓度和极限体积浓度进行计算。当H-B流变模型退变为宾汉流变模型时,考虑壁面滑移效应的管道阻力公式由小于1的无量纲系数对目前广泛使用的白金汉公式进行修正得到,修正系数与管道直径和滑移层黏度正相关,与滑移层厚度和膏体黏度负相关。工业环管试验结果表明,白金汉公式的压降预测值比实测值平均大36.6%,壁面滑移减阻模型的压降预测值比实测值平均大14.4%,壁面滑移减阻模型预测结果偏保守的原因是未考虑膏体触变性的影响。     

聚羧酸减水剂对超细全尾砂膏体性能的影响

针对超细全尾砂-水泥胶结膏体充填料浆黏性大、和易性差,其满足充填输送要求时充填体强度低的问题,通过不同掺量聚羧酸高效减水剂对膏体料浆流动度、坍落、泌水率及其充填体抗压强度影响的试验研究,并借助XRD能谱分析和电镜扫描(SEM)方法,从微观角度揭示减水剂提到充填体强度机理。结果表明:掺量0.5%(质量分数)的聚羧酸高效减水剂可使质量分数为70%~76%膏体充填料浆的流动度、坍落度有效增加;料浆泌水率明显提高,但不会发生严重离析;充填体微观上水泥水化凝胶更多,尾砂颗粒因水化凝胶"包裹"作用形成更大的晶体颗粒,且颗粒分布更为均匀、孔隙更小、结构更为致密,宏观上初期/长期强度显著提高,最高达50%;同时,减水剂掺量小于0.5%为"安全掺量",对充填体强度不会造成劣化影响。     

管内空气流动对大口径厚壁P92管道局部焊后热处理温度场的影响

使用Ansys CFX软件建立了P92管道与管内空气的共轭传热模型，并进行了试验验证.使用该模型计算了不同管内空气流速时，局部焊后热处理的温度场分布.结果表明，管内空气流动对恒温后管道外壁温度影响较小，但会显著降低内壁温度，并增加内、外壁的轴向温度梯度.随着管内空气流速的增加，焊缝中心内外壁温差和轴向温度梯度近似线性增加，空气流速每增加1 m/s，内外壁温差将增大约5.0℃，内、外壁轴向温度梯度分别增加约0.03和0.02.对热处理温度要求很高的P92管道，局部焊后热处理时应限制管道内空气流动，或在选取热处理参数时考虑空气流速的影响.     

考虑管壁滑移效应膏体管道的输送阻力特性

为研究膏体管道输送阻力特性,针对膏体管道输送的结构流特点,将管道内膏体流区划分为柱塞流动区、剪切流动区和滑移流动区。根据流体力学理论建立考虑管壁滑移效应的膏体管道输送阻力模型,推导基于倾斜管试验的膏体流变参数计算方式,通过测定倾斜管不同倾斜角度α下的管道流速v计算管道屈服应力τ0和塑性粘度η,并在此基础上自制试验装置。针对谦比希铜矿充填物料基本特性,通过正交试验研究浓度、灰砂比和尾废比对管道摩擦阻力的影响,并根据响应面分析多因素之间的交互作用,得到各因素对管道摩擦阻力的影响顺序由大到小依次为灰砂比、尾废比、浓度。研究结果是膏体管道输送阻力特性理论与实践研究的有力补充。     

全尾砂充填膏体固-流转换阶段的流变行为

全尾砂充填膏体具有多尺度、高浓度颗粒悬浮液的特征,传统黏塑性流变模型是否适应于膏体的流变行为是需要研究的重要问题。本文从传统H-B流体对全尾砂膏体的适应性研究入手,首先建立H-B流体的适应性约束条件,选择适宜多尺度、高浓度膏体的流变测量系统与数据转换方法,采用控制剪切速率(CSR)、控制剪切应力(CSS)两种流变测量模式,开展全尾砂膏体流动曲线测量实验。结果表明:流动曲线在CSR测量模式下具有负斜率现象、CSS测量模式下具有剪切条带现象。传统H-B流体在对应阶段内不再适应于全尾砂膏体流变模型,存在固、流态共存的固-流转换阶段,其范围受临界剪切速率■控制,正比于全尾砂膏体的质量浓度。依据全尾砂膏体出现固-流转换阶段的特征,提出工程流变问题应依据临界剪切速率■区别对待,以及膏体充填流变问题中不同剪切速率范围内全尾砂膏体流变模型的合理形式。     

低流量脉动润滑脂泵在流变实验中的应用

简单介绍了低流量脉动泵的结构特点。在高精度输送实验台上，选择多种直径的管路进行了润滑脂流变实验，测得在不同管壁和管径中流动曲线不重合。分析其主要影响因素是壁滑移；本文建立了扣除壁滑移的真实流变模型和流动方程，得出了不同管径和管壁中的真实流动曲线基本重合的结论。为研究润滑脂集中润滑管道输送系统的流动阻力特性和壁滑移对润滑脂弹流润滑的影响打下了基础。     

搅拌摩擦焊接产热传热过程与材料流动的数值模拟

搅拌摩擦焊接过程中的产热、传热与塑性材料流动行为直接决定了焊接接头的组织演变及力学性能。对这些物理现象开展数值模拟研究,对于深入理解搅拌摩擦焊接过程的物理机制和优化焊接工艺具有重要意义。本文综述了搅拌摩擦焊接过程产热、传热与材料流动数值模拟的国内外研究现状,指出了存在的主要问题。介绍了作者课题组近年来针对这些问题所开展的研究工作。根据搅拌头-工件界面上的受力特点,研发出了黏着系数和摩擦因数的测试-计算法,为提高数值模拟的精度奠定了基础。建立了针对复杂截面形状搅拌针的搅拌摩擦焊接过程数学模型,数值分析了3种典型搅拌头情况下焊接过程中的产热率、温度分布和塑性流动行为。建立了包含下压、停留、焊接及冷却4个阶段的搅拌摩擦焊接全过程的传热-流动耦合模型,模拟了焊接过程各阶段的产热、温度场和塑性材料流动的演变情况。在此基础上,对搅拌摩擦焊接过程数值模拟领域未来的发展趋势进行了展望,提出了下一步的研究重点。     

基于CFD的充填管网参数优化及输送特性

为优化充填管网参数及研究充填料浆管道输送特性,考虑将充填倍线N、充填管径D、质量浓度c3个影响因素进行正交设计并进行计算流体力学(CFD)试验,之后对试验结果进行极差、方差及回归拟合分析,并结合数值分析方法探讨最大流速的预测计算模型。结果表明:影响沿程阻力损失、影响最大流速的敏感性、显著性皆为DcN,且3个因素均为显著因素;得到最佳充填倍线N为3.0～4.0,质量分数c为65%～68%,充填管径D为110～120mm,再经筛选剩下5组合适参数。研究3个因素变化对沿程阻力损失、最大流速的影响,并建立一个反映三因素下最大流速ν_(max)的综合数学预测模型,并利用这5组对其验证,模型计算值与试验模拟值差率都在15%以下,证明预测模型有效。     

基于GA-BP和PSO-BP神经网络的6061铝合金板材流变应力预测模型

6061铝合金作为一种热可强化铝合金，具有良好的成形性能，但是其塑性流变应力受最终热处理工艺的加热温度、保温时间和冷却方式等参数的影响很大。因此，为了获得最终热处理工艺参数对6061铝合金板材的塑性性能及流变行为的影响，试验中以6061-T6铝合金板材为研究对象，通过单向拉伸试验、金相实验和硬度测试等方法研究不同热处理工艺参数(加热温度为500、530、560和590℃、保温时间2小时、冷却方式为空冷)对6061铝合金塑性性能和硬度的影响。通过单向拉伸试验获取不同热处理工艺参数条件下6061铝合金的真实应力应变曲线；借助BP、GA-BP和PSO-BP神经网络构建不同热处理温度条件下6061铝合金的本构关系模型。研究结果表明BP、GA-BP和PSO-BP神经网络模型均能较好的拟合不同热处理温度条件下6061铝合金的流变行为，但是PSO-BP神经网络模型对6061铝合金流变应力的预测精度更高，网络预测性能更优越，其平均绝对误差(MAE),平均相对误差(AARE)和相关系数(R2)分别为1.89，1.56%和0.9965。     

废石−风砂高浓度料浆管道输送数值模拟及管输阻力新模型

为研究废石?风砂高浓度充填料浆自流输送管道输送特性,将矿山实际充填管路进行还原,应用FLUENT软件进行输送模拟研究。结果表明:充填料浆在管道的管径方向有明显的速度梯度;随料浆流速的增大,料浆的输送沿程阻力损失基本呈线性增大;质量浓度对管输阻力的影响非常大,在充填料浆质量浓度相差2%左右时,管道单位长度的阻力损失会相差20%~30%。通过对不同骨料比的充填料浆进行数值模拟,可知废石风砂质量比为6:4的浆体稳定性和流动性相对较好,更有利于管道输送。建立了管输阻力新模型,并通过工业试验对模型进行检验,验证了新的管输阻力模型的可靠性,研究结果为该矿选取充填系统的运行参数提供了重要依据。     

可注射磷酸钙骨水泥的流变性能研究

采用高级流变扩展系统研究了添加剂种类及其含量对可注射磷酸钙骨水泥（ICPC）流变特性的影响。采用稳态流动实验表征浆体的静态粘度,用触变环面积、应力降低率和屈服应力表征ICPC浆体的触变性,并进行动态频率扫描和动态时间扫描实验动态监测ICPC的粘、弹、塑性变化规律以及水化反应过程流变参数的依时性。结果表明：添加剂并不改变ICPC的粘弹性。水溶性高分子化合物的加入提高了ICPC的粘度和触变性,利于整个体系的稳定;添加剂不同程度上提高了ICPC剪切后的网络结构恢复能力和稳定性,尤其以黄原胶和几丁糖最为明显。在此基础上,评估了加入黄原胶后ICPC形成凝胶的时间,约为2563～2600s。此外,随着黄原胶含量的增加,ICPC触变环面积增加,但形成的网络结构在高剪切状态下并不稳定。     

尾砂胶结充填料浆剪切触变实验及其基于量纲分析的触变性预测模型

采用桨式流变仪研究了不同质量浓度、灰砂比充填料浆在剪切条件下的触变行为,借助量纲齐次性原理,推导并提出了基于量纲分析的触变性预测模型。结果表明:浓度不同的料浆在触变形态上有差异,高浓度料浆剪切应力的波动性更强;触变性与质量浓度和灰砂比均呈非线性正相关,且水泥比尾砂更能引发触变;剪切过程中,表观黏度先急速下降,然后维持平稳,最后急剧上升,但结束瞬间的最终值小于初始值;质量浓度为64%的料浆剪切应力在剪切速率转折点前呈不规则“U”字型,其他组剪切应力基本以剪切速率转折点为中心左右对称。设计实验对预测模型进行验证,结果显示平均误差率为6.2%,且适应性良好。     

基于材料参数演化修正Arrhenius模型与BP-ANN模型的近 β Ti-55511合金等温压缩过程流动应力预测

为了研究Ti-55511合金在近β区域的热流动行为,在温度973–1223 K、应变速率0.001–1 s^-1条件下,利用Gleeble.3500热模拟试验机进行了等温压缩试验。对实验获得的流动应力曲线进行了修正,降低了摩擦与绝热温升等因素对流动应力的影响。采用考虑材料参数演化的修正Arrhenius模型和反向传播人工神经网络(BP-ANN)模型对钛合金热变形过程中的流动应力进行预测,并通过统计分析对预测模型精度进行了评估。将2种预测模型扩展的应力、应变数据植入有限元,模拟了热压缩实验过程。结果表明,Ti-55511合金的流变应力与应变速率呈正相关,与温度呈负相关,合金软化机制主要为再结晶。修正后的Arrhenius模型和BP-ANN模型都能描述流体的流动行为,BP-ANN模型在α+β区域的拟合精度高于修正后的Arrhenius模型,而在β区域的拟合精度低于修正后的Arrhenius模型。     

稀土磁性塑料充模流动过程模拟

介绍了用高压毛细管流变仪,测试研究钕铁硼磁性塑料的流变特性,并利用非线性回归分析技术得到的流变参数,建立流动本构方程和钕铁硼流变体在注射模浇注系统内的流动模型,运用该模型对磁性材料注射模流道和浇口设计、流道料的冷却凝固时间等进行优化。实验及其分析表明,钕铁硼熔料体系符合假塑性连续流体的流动特性,遵从幂律流体的流动模型,具有超高的熔体粘度,在流道内流动压降远远高于普通塑料流动压降,有其特殊的成型加工规律。     

基于BP神经网络的铝青铜超塑性流变应力预测模型

运用BP神经网络方法建立了铝青铜超塑性状态下流变应力与变形参数之间关系的预测模型。并利用该模型预测在不同拉伸条件下材料的流变应力。结果发现预测数据与试验数据吻合良好，误差小于8．5％。