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。     

垂直管粗颗粒水力提升不稳定流数值模拟

根据垂直管固液两相流的特征，考虑固液两相流密度、浓度、弹模、阻力等特点，对粗颗粒水力提升不稳定流进行数值模拟。推导出含粗颗粒固液两相流波速方程，水击计算的连续方程及运动方程。可用于解决深海采矿、水力采煤和河道清淤工程等领域的粗颗粒水力提升问题。     

大颗粒物料在垂直管道内最小输送速度的试验研究

在大颗粒物料垂直管道上向输送系统的设计中，准确地确定被输送固液混合物的最小输送呜呼节约能耗均有重要意义。本文提出了一的的试验方法，可测定颗粒在垂直上的输送管道的浮游速度。利用测定的浮游速度来确定大颗粒在生趣管道内的最小输送速度，并总结了在一定颗粒粒级和体积浓度范围的经验计算公式，该方法也可广泛地应用于确定其它大颗粒物了小输送速度。     

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。     

垂直管道中固体颗粒运动轨迹研究

固体颗粒在垂直管道中的运动是非常复杂的物理过程,对微元体进行受力分析,建立了垂直管道中固体颗粒模型,并用高速摄影仪对颗粒的上升阶段和悬浮阶段进行图像捕捉,得到了固体颗粒的运动轨迹,以此对颗粒运动规律进行了探索。     

下降介质流影响下颗粒的分层机理

从固液两相流的动量方程出发,导出了在颗粒在下降介质流中的运动方程,分析得出：密度大的颗粒沉速大于密度小的颗粒沉速;粒径大的颗粒沉速大于粒径小的颗粒沉速,从而使不同性质的颗粒得以分层,进一步研究了不同性质颗粒在同一平衡层中的分布关系以及重介选效果较好的原因。     

深海粗颗粒矿石垂直管道水力提升技术

全面论述了近30年来国内外深海采矿垂直管道水力提升技术的发展和研究现状, 对十几个国家深海采矿垂直管道水力提升系统进行了描述和分析, 重点介绍了我国深海采矿垂直管道水力提升技术的研究成果。从管道输送安全角度考虑, 论述了垂直管道堵塞的关键问题和解决措施, 可为我国深海多金属结核、富钴结壳和热液硫化物等金属矿产资源垂直管道水力提升技术的研究提供参考。     

固液两相流理论在水煤浆喷嘴上的应用研究

发展以煤代油技术是缓解能源安全问题的一个重要方面,针对供浆系统中存在的喷嘴磨损和堵塞问题,根据水煤浆燃料组分情况运用固液两相流理论对燃料供给过程进行了分析;建立了水煤浆两相粘性流体的一般方程式,且对固相动量方程中相关力进行了分析,通过对固相动量方程和连续方程在边界层区域内的简化,推导出求其解的方程式,得出较为合理的过流表面边界层流动规律。     

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。     

基于CFD-DEM耦合方法的矸石-粉煤灰充填料浆在竖直弯管中的磨损研究

为研究矸石-粉煤灰高浓度充填料浆在竖直弯管内固液两相流的流动状态及磨损特性，基于EDEM的CFD-DEM耦合方法，以水泥和水混合而成的料浆作为连续相，以矸石和粉煤灰作为离散相，通过引入Archard和Oka磨损模型，计算分析充填管道的磨损性能。研究表明：采用耦合方法能更精确地反映料浆的流态和轨迹，能更准确地反映颗粒与流体的相互作用；充填管道磨损的高危区主要分布在弯管区域；弯管的磨损率随着料浆的流速增加而提高；矸石颗粒粒径以及弯管曲率半径对磨损率的影响与矸石颗粒的受力状态有关。     

超细全尾砂料浆在大直径管道中流动特性研究

均质流在圆管中层流运动时,流速呈旋转抛物面分布;紊流运动时,流速特征符合七分之一指数分布定律。超细全尾砂胶结充填料浆物理性质复杂,在管道内的流动特征受管径等边界条件影响较大。使用Fluent-3D中欧拉模型,模拟研究充填倍线为3的条件下,不同浓度超细全尾砂料浆在大直径管道中满管自流输送时管道横断面上的流动特征。研究结果发现,灰砂比为1∶6的超细全尾砂胶结充填料浆在管道中易形成均质流,在管道横断面上流速沿轴线近似对称分布;料浆浓度为64%时,200mm管道输送的超细全尾砂胶结充填料浆为牛顿体;料浆浓度为68%时,呈现伪塑性体的流动模式;料浆浓度为72%时,呈现屈服伪塑性体的流动模式。就大于2.9m/s的高流速区域宽度而言,64%浓度料浆最大,72%浓度料浆次之,68%浓度料浆最小。     

弯管中流道流场的数值分析

通过有限元法对直角弯管流道流场进行数值模拟,给出了直角弯管的速度、流线、压力可视化图像,以及直角弯管内流体流动时涡旋产生的位置和大小情况,绘出了进油口速度与进出油口两端压力差之间的关系曲线以及直角弯管内直管的摩擦阻力系数与雷诺数之间的关系曲线。     

非均质流水平管道临界流速研究

通过液、固两相流速度、水力坡度等新的理论体系, 就水平管道临界流速提出了新的理论分析方法及其关系模型, 此模型将能较为准确地预测沉降性浆体的管道临界速度。     

空气反循环钻探管路中介质及固相参数的测试与研究

反循环钻探管路中空气的运动参数包括流量、流速、压力、差压,相互间存在一定的函数关系,这些参数对携带固相有很大影响。测试运动参数并找出规律性,探讨介质携带固相的运动机理,对反循环钻探施工有一定的指导意义。介绍了测试内容及目的,并对测试结果进行了分析。     

颗粒粒径对浮选机固—液两相流场分布特征影响研究

针对充气机械搅拌式浮选机,运用CFD流体模拟软件进行了颗粒粒径对浮选机固—液两相流场分布特征的影响研究。通过模拟分析可知:离散相矿物颗粒与连续液相两相之间相互作用较小,流场分布特征基本保持一致,微细粒矿物颗粒粒径对浮选机内部固—液两相流场特性影响较小。转子及定子表面压力分布值与颗粒粒径有较大的关系,且在此处区域附近湍流动能较大,保证了矿物颗粒在该区域的较好分散性。     

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。     

深海采矿扬矿管的运动对流动参数影响的研究

结合深海开采扬矿应用条件建立了模拟扬矿管升沉、摆动和倾斜的提升试验系统, 进行了较大摆幅和较宽频率范围的试验, 获得了比较全面的试验数据, 建立了计算模型。研究所确定的提升管升沉、摆动和倾斜对管内流动参数的影响规律已应用于5 000 m深海采矿系统中试技术设计和1 000 m水深海试采矿系统设计及其扬矿设备的研制。