深海采矿系统软管段输送阻力损失研究

基于深海采矿软管输送模拟试验系统, 分析了不同混合物流速、不同颗粒粒径、不同颗粒体积浓度、不同软管形态条件下软管阻力损失变化特征, 为深海采矿系统软管设计提供参考。结果表明, 水力坡度随物料体积浓度增大而增大, 随粗颗粒粒径增加而呈下降趋势, 随软管弯曲度增大而增加。复杂形态软管中粗颗粒输送水力坡度变化与水平管道、垂直管道和倾斜管道具有一定的相似性, 对比分析了倾斜直管和软管的水力坡度, 拟合了复杂形态软管输送的水力坡度计算公式, 误差范围控制在1.6%以内。     

水平管道水力输送粗粒物料的阻力损失研究

以深海采矿固液两相流管道输送工艺为应用背景，通过建立管道水力输送模拟系统，研究了不同粒径、不同体积浓度、不同输送速度条件下粗颗粒在水平管道中的阻力损失的变化规律。试验结果表明：颗粒浓度越高，输送速度越大，阻力损失越大。阻力损失与各参数的主要关系有：在保持其他条件不变的情况下，阻力损失与浓度或速度呈指数关系；颗粒运动状态对阻力的变化率有一定的影响。基于试验数据并结合理论分析，提出了阻力损失计算公式。     

复杂形态管道中粗颗粒水力输送的临界条件研究

通过自行设计的管道试验系统,研究在不同流速、粒径和体积浓度条件下,粗颗粒堵管的临界条件及其安全输送的方法。试验结果表明：①颗粒的粒径和体积浓度对粗颗粒系统安全输送有重要的影响,随着粒径和体积浓度的增大,临界流速提高,且当系统的输送速度大于临界流速时方可实现系统的安全输送;②在粒径一定的条件下,随着倾角的加大,粗颗粒在弯管处发生堵管所需要的临界流速降低;③在堵管的情况下,粗颗粒高效安全输送的临界条件主要取决于体积浓度和流速。     

垂直提升管道中粗颗粒滑移速度试验研究

为了研究粗颗粒在深海采矿管道系统中的滑移速度, 采用粒子图像测速法对粒径为10 mm, 30 mm, 50 mm的锰结核、富钴结壳、多金属硫化物和模拟结核颗粒在垂直提升管道中的滑移速度进行了研究。试验结果表明, 粗颗粒矿石在提升管道中的滑移速度随颗粒形状系数、颗粒粒径和颗粒密度增加而增加, 随水流速度增加而减小。得到了粗颗粒矿石滑移速度计算公式, 计算结果与试验实测数据吻合较好, 对提升管道水力输送系统机理研究有一定参考价值。     

煤层气井多相流条件下不同粒径煤粉启动-运移规律

为系统研究煤层气井中多相流条件下煤粉启动-运移规律,以捞砂煤粉为研究对象,通过控制不同相流(液固两相、气液固三相)控制煤粉产出,开展多相流条件下不同粒径(小于0.075 mm、0.075～0.25 mm、0.25～0.85 mm、大于0.85 mm)煤粉启动-运移试验模拟,分析流量、压差、管道倾角、粒度等因素对煤粉启动-运移的影响。研究结果表明:液固两相流下,随着液体流量逐渐增大,煤粉由静止状态向滑动—间歇滚动—滚动—层移—层移+悬移—悬移状态逐渐过渡。煤粉粒径越小,管道倾斜角度越小,启动流量越低;流量与压差呈现很好的线性关系,并受管道倾角影响;煤粉的粒径和管道倾角对煤粉的启动-运移难易程度具有重要影响,但二者的影响较为复杂,不同粒径煤粉的启动-运移流量与管道倾角之间并非简单的线性关系;不同角度下煤粉颗粒粒径(除大于0.85 mm大颗粒煤粉外)与启动流量关系可用一次线性关系表征,同时方程也可用于预测特定管道倾角下不同粒径煤粉对应的启动流量。气液固三相流下,煤粉启动-运移主要控制因素为流型,而流型受气液流量比和管道倾角影响,主要包括气泡流、塞状流、分层流、波状流、弹状流等流型,各流型携粉运移能力为气驱水分层流弹状流塞状流气泡流分层流;随气液流量比增大,压差先快速减小再趋于平缓,最终微弱反弹,管道倾斜角度越小,压差下降越快。     

垂直管道内粗颗粒运动特性数值模拟

为研究深海采矿管道提升系统中颗粒的运动规律, 采用数值模拟的方法对不同粒径、不同入射位置的单个颗粒及单一粒径和混合粒径颗粒群的运动规律进行了研究。结果表明, 颗粒输送速度随着颗粒粒径增大而减小; 从管道中心到壁面, 颗粒速度逐渐减小; 颗粒群输送颗粒存在一定程度的碰撞, 输送的能量损失更大。得到了垂直管道内颗粒的运动规律, 对颗粒输送速度、碰撞、能量损失等进行了量化分析。对未来深海采矿水下输送系统设计有一定参考意义。     

深海采矿中继站底部Y形管流动状态研究

针对深海采矿泵管输送试验系统中Y形管内流场复杂和矿石泄露风险等问题,采用CFD-DEM方法,对不同速度、不同体积浓度和不同粒径的矿石颗粒进行数值模拟计算,分析了Y形管内颗粒群的运动特性和流场分布规律。结果表明,Y形管内流场分布受弯管曲率和Y形管入口流量分配影响;颗粒群在弯管内贴壁流动,受到上升流作用后颗粒向上偏移;当上升流流速不足、颗粒体积浓度高及颗粒粒径较大时,会造成颗粒沿着底部管道流失,随着上升流速减小、颗粒体积浓度增大及颗粒粒径增大,颗粒通过底部管道流失不断增大;颗粒流的存在导致Y形管内低压漩涡区强度和尺度均减弱。     

深海粗颗粒矿石浮游速度的试验研究

以单颗粒沉降运动为研究基础, 采用高速摄影技术对锰结核、富钴结壳、多金属硫化物及模拟结核粗颗粒矿石进行了浮游速度试验研究, 得到了粗颗粒矿石单颗粒和群体颗粒浮游速度计算公式, 计算结果与试验实测数据吻合较好, 对垂直管道水力输送系统参数设计和正常运行有一定参考价值。     

水力采煤供水与输煤管道设计的几个问题（续上期）

４　输煤管道的临界流速与摩阻损失４．１　输煤管道的水力学特性和Ｄｕｒａｎｄ公式水流输送泥砂状的煤体时,煤在管道内移动可有跳跃（推移）、悬浮（非均值悬移）和完全悬浮（均值悬移）三种状态。在垂直提升的煤水管道中,煤是呈完全悬浮状态的。而在水平管道中,煤在其垂直断面上会有明显的分选现象,细和轻的煤粒处于悬浮状态,粗和重的煤粒则容易沉降。水力管道输煤的“临界流速”是指当煤水中的煤粒开始沉降、淤积时煤水在管道内的流速,而不管形成的淤积是活动的（跳跃）还是固定的。因为这两种情况对管道的长期稳定性和摩蚀来说都…     

锰结核动态管道水力提升

在海洋采矿系统中,提升物料颗粒大、距离长,提升管道处在复杂的海洋气候条件下,管内流体中颗粒的运动状态与陆上管道输送不同。对摆动管道输送特性的研究结果表明,摆动管中的压力损失比静止状态的压力损失大。根据颗粒的受力特点,建立了数学计算模型,分析了动态管道压力损失增加的机理。     

某铁矿管道自流输送分析及管道磨损研究

对某铁矿充填系统的管流输送进行了输送参数确定及管道磨损研究,采用经验公式得出料浆临界流速及运输管道的临界管径,并运用Fluent进行数值模拟分析,找出料浆在输送过程中对输送管道磨损较为严重的部位。结果表明,铁矿料浆质量浓度62%~68%时,临界流速0.806~0.831 m/s、输送管道直径0.207～0.209 m条件下可实现自流输送;料浆流动过程中速度与压力最大值集中在管道中心线附近,但在各拐点处的管段料浆流速与压力会产生突增,且最大值在拐点内侧管壁;在拐点后一段管道内料浆流速与压力值先增大后减小,最大值由靠近下管壁逐渐回到管道中心线附近;整个输送管道中磨损较为严重的部位出现在弯管内侧及其接下来的一段管道的下管壁。     

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。     

高浓度充填料浆输送管道压力监测研究

针对高浓度充填开采过程中输送管道容易出现堵塞、压力失稳等问题,开展了充填料浆流变试验,开发了简易管道压力监测系统,在故障高发管道所属区段设置了监测点,实现了管道压力实时监测,分析了管道压力与不同充填工艺参数间的关系,得到了料浆在管内输送过程中的绝对压力及其压力降。结果表明：相比与充填流量的弱相关性,距离钻孔底部200 m处的管内压力与充填浓度表现为强相关性,其随浓度的改变而变化,具有高灵敏性和即时性的特征;充填管道压力监测点的绝对压力及料浆在单位长度管道输送过程中的压力降均非定值,故压力预警值的设定需根据充填采场位置变化而动态调整。     

考虑温度影响的充填料浆水平管流特性研究

为探究不同温度下充填料浆水平管流特性,开展了流变实验以获取不同温度下充填料浆流变参数,基于流体力学理论提出了充填料浆管道输送基本假设,利用COMSOL软件建立水平管道模型,分析了温度对料浆流态、流速、管道压力及管输阻力的影响.结果表明,温度升高,充填料浆塑性黏度和屈服应力降低;料浆在管道输送过程中壁面附近呈剪切流动,中...     

粗颗粒矿石在提升硬管底部管道内流动状态试验研究

为研究粗颗粒矿石在提升硬管底部管道内的流动状态,在实验室建立了2套试验系统,对提升硬管底部Y型结构和U型结构开展了粗颗粒提升输送性能试验研究,分析了粗颗粒提升速度和输送浓度对流动状态的影响,观察了2种管道结构下粗颗粒的堵塞状态。结果表明,Y型结构的输送状态优于U型结构。该研究结果可为深海采矿系统中提升硬管底部管道结构设计提供试验验证基础。     

安庆铜矿井下充填管网优化的研究

本文根据安庆铜矿井下充填管网现状,结合西部马头山矿体和东部东马鞍山矿体的开拓及开采的延伸,对全矿各采区充填管网充填料浆输送参数进行了分析计算;进而对全矿充填管网进行了优化布置;提出了针对具体情况的降低管道输送阻力及压力的措施。     

粗骨料膏体充填料浆流变特性与管道输送阻力计算

通过粗骨料膏体充填料浆流动性及泌水率试验,测试了粗骨料膏体流动性及泌水率,确定了粗骨料膏体可实现管道输送的质量浓度范围,并理论分析建立了基于流变参数计算粗骨料膏体料浆管道输送阻力数学模型;同时,在可实现管道输送粗骨料膏体料浆质量浓度范围内,采用美国Brookfield公司的RST-SST型软固体流变仪测试了不同浓度、灰砂比条件下的粗骨料膏体料浆流变参数;结合管道输送阻力数学计算模型,计算不同浓度、灰砂比、管径及流量条件下的粗骨料膏体料浆管道输送阻力;最终根据计算结果及矿山生产情况,选取了最佳的粗骨料膏体料浆管道输送参数,为粗骨料膏体充填料浆管道安全、可靠输送提供了支撑。