粗颗粒煤浆管道输送级配降级及其影响研究

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。     

长距离管道输送中浆体物理特性及输送参数的试验研究

本文介绍了1982—1983年我们对内蒙准格尔及山西平朔煤等进行的煤浆管路输送的试验研究。试验包括浆体流变、沉降等物理特性及环行管道阻力、输送流速等参数的测定(在管径为51—205毫米的四个系统上进行)。根据试验成果分析了煤浆管道输送机理,并论证和提出了我国输煤管道可行性设计适宜的基础数据,同时对国外现有的同类数据及方法进行了评价。     

黄河下游引黄灌区管道输水临界不淤流速试验

为了研究黄河下游引黄灌区管道输水临界不淤流速的计算方法,在室内用U-PVC管道,以黄河泥沙为沙样,进行了90、110、125 mm三种管径、两种泥沙颗粒级配条件下,不同含沙量浑水管道输水临界不淤流速试验。结果表明:试验条件下,在含沙量、管径相同时,浑水中泥沙粒径越大,临界不淤流速越大;在管径、泥沙粒径相同时,含沙量越大,临界不淤流速越大;在泥沙粒径、含沙量相同时,管径越大,临界不淤流速越小。依据试验成果,利用回归分析方法建立了黄河下游引黄灌区管道输水临界不淤流速计算公式。     

小浪底水库泥沙管道高效输送的合理参数分析

针对管路中沿程实时变化的含沙量和颗粒级配情况,借鉴以往的研究成果,从管路中泥沙的冲淤变化、悬浮特性等多角度分析确定了管道输送泥沙的临界不淤流速;并采用实测值与模型计算值对比拟合的方法,确定了用费祥俊的临界不淤流速计算模型来分析本次管道输送的临界不淤流速;最后,以理论与实践结合提出小浪底水库泥沙管道高效输送的管径和含沙量,为今后试验或生产实践提供参考依据。提出了管径为0.325m和0.63m两种不同工况的高效输送参数:含沙量均为620kg/m~3,中值粒径范围0.051 2~0.062 9mm,D90为0.14mm,输送流速分别可在1.75~2.08m/s和2.08~2.2m/s之间进行调节。对应最大月排沙量分别为8.95万t和34.72万t。     

粗颗粒物料管道水力输送不淤临界流速计算

近30年来,固体物料的管道水力输送技术应用越来越广泛。在管道水力输送系统设计中,不淤临界流速是首先需要确定的重要参数,对确保管道安全输送具有重要意义。对于细颗粒物料,已有比较成熟的计算方法,但对粗颗粒物料,不同的计算式差异较大,给参数确定带来困难。在对已有的管道不淤临界流速计算进行比较分析基础上,探讨了颗粒浓度、粒径、密度以及管道直径等因素对不淤临界流速的影响,并分析了计算式结构的差异。整理不同学者针对粗颗粒输送的试验数据,重点分析了不淤临界流速随颗粒粒径加大的变化规律。基于量纲分析法,提出了粗颗粒在管道输送中不淤临界流速计算式,其计算结果与试验数据相对误差在10%以下,基本满足不淤临界流速计算的工程要求。     

浅谈浆体管道输送阻力损失研究现状

阻力损失是在工程应用中影响浆体管道输送效率的一个主要因素,其研究工作具有重要意义。从阻力影响因素、计算模型、减阻措施等方面介绍了浆体阻力损失的研究现状,为浆体管道输送减阻的进一步研究提供了参考。     

水沙非均质流水平管道流动临界速度研究

为研究水沙非均质流管道流动的临界速度,在分析前人非均质流管道输沙试验研究成果的基础上,利用数据回归方法建立水沙非均质流管道流动的堆积界限速度计算模型,同时通过分析费祥俊阻力公式,采用求导方式,给出了水沙浆体阻力最小临界速度计算式。然后利用相关学者的若干组数据,对所提出堆积界限速度和阻力最小临界速度的计算值和试验值进行对比。结果表明,作者提出的堆积界限速度和阻力最小临界速度的预测值与实测值的偏差大都不超过15%。最后分析了堆积界限速度和阻力最小临界速度随颗粒粒径、管道直径和浆体输送浓度变化的规律,得出随着颗粒粒径减小,两者差距逐渐变小;随着管道直径变大,两者差距逐渐变大;随着输送浓度变大,堆积界限速度呈略微变小的趋势,而阻力最小临界速度则呈显著增大的趋势。     

管道输沙中滑动底床的试验研究

管路输沙试验中观察到管路底部出现滑动底床的现象。当滑动底床的运动速度趋于零时即为管道输送固体颗粒(不含粘性)的临界淤积点。本文对作用于滑动底床上的力进行了严格的理论分析,并在此基础上得出了管路输送固体颗粒临界淤积点处的流速与压降的确定方法。与实验结果相比较,发现由本方法确定的临界淤积点处的流速与压降与实测值吻合很好。     

不同上限粒径泥石流浆体的流变参数变化规律

根据云南东川蒋家沟黏性泥石流原样颗分资料,利用泥石流堆积物配置4个黏性泥石流原样对应的上限粒径分别为0.25、1、2、5和10 mm的浆体,通过球系统开展流变试验,利用Herschel-Bulkley模型拟合流变曲线,研究较粗的颗粒加入细颗粒浆体后流变参数的变化规律。结果表明各样品均表现为剪切稀化流体,粗颗粒加入细颗粒浆体后浆体屈服应力增加,剪切稀化程度减弱;同样颗粒级配下,浆体的屈服应力随固体体积浓度指数增加。由于流动性指数的变化,粗颗粒加入后浆体稠度指数的变化没有明显规律,但是表观黏度增加,增幅略小于屈服应力的增幅。粗颗粒浆体与细颗粒浆体的相对黏度和相对屈服应力之间存在显著的线性关系,可根据该关系式对泥石流原样的表观黏度进行估算。     

考虑浆体黏度的泥石流流速计算方法

泥石流浆体黏度通过影响泥石流内、外部的阻力特征影响泥石流的糙率系数,泥石流糙率系数与浆体黏度之间的关系还没有基于观测数据的定量表述。通过对云南东川蒋家沟泥石流观测资料的分析,研究泥石流糙率系数与浆体黏度之间的关系,并通过回归分析得到考虑浆体黏度的泥石流糙率系数计算公式,最后基于此构建了考虑浆体黏度的泥石流流速计算公式。结果表明,随着泥石流浆体黏度的增加,泥石流糙率系数逐渐增加,浆体黏度在宏观上表现为增阻作用,考虑浆体黏度的泥石流流速计算公式改进了现有公式在计算浆体黏度较高的泥石流流速中的不足。研究结果可为进一步研究浆体黏度对泥石流运动阻力的影响提供参考,也为工程实践中的流速计算和增阻消能设计提供新的思路。     

（超）细水泥在压滤作用下的浆液性能研究

（超）细水泥浆液在高灌浆压力作用下的流动性能和强度指标是灌浆设计中水灰比、浆液级配、屏浆时间等施工参数选择的重要依据,也是评价灌后被灌体力学性能、耐久性等灌浆效果的重要因素。目前主要通过室内成模进行流动性能和抗压强度测试的方法进行相应研究,忽略了灌浆压力、排水条件、地质条件等因素的影响,不能真实反映灌浆过程中浆液在不同灌浆压力作用下流动性能和抗压强度。文章进行了室内压滤灌浆试验,得到了不同水灰比（超）细水泥浆液经过不同压力和时间压滤作用后的马氏漏斗粘度和结石体28ｄ抗压强度,并通过构建硬化浆体的结构模型,建立了（超）细水泥抗压强度的计算模型,计算了不同水灰比在不同压滤强度下的28ｄ抗压强度,可为灌浆工程（超）细水泥浆液配比优选、灌浆参数确定和灌浆效果评价提供依据。     

基于滑移效应的水煤浆膏体管道输送阻力计算

随着煤化工产业的发展,煤炭如何高效清洁输送成为研究的热点。利用管道水力输送高浓度水煤浆具有投资少、节能环保等明显优势。由于小管径试验操作更加方便,更加节省物料,试验室中常用小管径进行工艺参数试验。试验研究了质量浓度为53%和58%的高浓度水煤浆在管径为50,47,32和29 mm管道中的流动特性。推导了滑移条件下不同流型流体的流变参数计算式,并基于滑移效应分析,得到了水煤浆的阻力系数。通过均质流阻力计算式得到高浓度水煤浆的阻力,计算结果表明,水煤浆的流变模型符合Herschel-Bulkey模型,考虑滑移效应条件下,高浓度水煤浆阻力系数与广义雷诺数存在一定关系,阻力可用均质流公式进行计算。     

基于Rouse公式的紊流区悬沙粒径级配垂线分布规律

基于Rouse公式及紊流泥沙沉速公式,分别推导得到了紊流时的悬沙粒径及级配垂线分布公式,前者直接量化了泥沙“上细下粗”的垂线分布规律,后者则可用于计算不同水层及垂线上总的悬沙粒径级配。通过实例,应用粒径级配计算公式得到了不同水层的悬沙粒径级配。结果表明:泥沙粒径“上细下粗”的分布规律明显;在越远离床面的水层,细颗粒所占的比重越大,粒径分布越均匀。当考虑悬浮高度影响时,以最大粒径悬沙的最大悬浮高度为界,该高度之下级配“等宽”,该高度之上级配“上窄下宽”。     

黏土水泥膏浆流变性能及其对灌浆的影响

黏土水泥膏浆性能优越,可广泛用于土木、水利等工程的防渗堵漏和基础加固,其流变性能对灌浆工程施工及灌浆效果有重要影响。利用Brookfield+R/S流变仪对其流变参数进行测试,研究固化剂掺量、温度及时间等因素对流变性能的影响。结果表明:膏浆的黏度及屈服应力均随时间增大;固化剂掺量为水泥质量的1.0%左右时的膏浆为Herschel-Bulkey流体,并且具有触变性,防渗堵漏效果最佳;温度在5～40 ℃之间,温度影响膏浆的黏度及屈服应力,但不影响膏浆的流型,温度越高,黏度越大,28 ℃下的屈服应力最大。室内灌浆模拟试验及抗冲试验,证明其扩散距离可控,抗水冲释性能强,与纯水泥膏浆相比,初始屈服应力及黏度更大,触变性可控,浆体的稳定性更好。黏土水泥膏浆是含水及大孔隙地层、松软地层等复杂地层灌浆防渗堵漏的优选材料。     

级配特征对筑坝砂砾料填筑标准的影响

筑坝砂砾料填筑标准具有级配相关性,在砂砾料筑坝施工质量控制中,目前仅以含砾量来表征级配对碾压干密度的影响,未考虑级配形状和最大粒径不同对砂砾料填筑标准的影响。为了研究这种影响,评估目前单一依靠含砾量来表征级配特征对干密度影响的合理性,设计了含砾量相同而级配曲线形状和最大粒径不同的两组级配曲线,结合实际施工振动碾压条件,通过现场密度桶法,研究了含砾量相同时不同级配形状特征和最大粒径对原级配筑坝砂砾料填筑标准的影响。研究表明,控制含砾量相同时,级配曲线形状对砂砾料最大、最大小干密度有一定影响,随级配参数m和b的增大,砂砾料的最大、最小干密度均呈现减小的趋势。在含砾量和级配参数m相同时,不同最大粒径级配的砂砾料的最大、最小干密度也有差异。表明不同级配特征和最大粒径对筑坝砂砾料填筑标准的确定有一定影响,建议结合具体工程进一步对级配特征和最大粒径对筑坝填筑标准影响的敏感性及对施工质量控制带来的影响进行评估。     

基于离散元模拟的黏土劈裂注浆扩散特性

为从细观角度研究劈裂注浆对富含黏土隧洞的加固效果,依托滇中引水工程伍庄村隧洞进口段,采用离散元软件PFC^2D,基于离散元流固耦合理论、平板窄缝流动模型与Fish语言的二次开发,实现了注浆过程中浆液和土体颗粒的相互作用,建立了颗粒流劈裂注浆数值模型。研究了注浆时步、注浆压力、颗粒粒径比及黏结强度对浆液扩散半径及土体孔隙率的影响。结果表明：注浆压力是影响土体加固效果的主控因素,随着注浆压力的增大,浆液扩散半径不断扩大,孔隙率持续增加,与注浆孔距离越远,对孔隙率影响越小,存在最优注浆压力。土体细观参数对注浆后宏观力学特性有较为明显的影响,随颗粒粒径比和黏结强度的增大,浆液扩散半径及孔隙率明显减小。将数值模拟结果与室内模型试验结果对比,发现二者趋势吻合较好,与实际相符,验证了所建立的注浆数值模型的正确性。     

不同粒径及级配对碎石料休止角影响的试验研究

为探究不同粒径及级配对碎石料休止角的影响,通过散粒体边坡堆积试验中改进的碎石料休止角测量方法,对不同粒径及级配碎石料休止角进行测量,并结合试验堆积现象进行观察分析。结果表明随均质粒径碎石料粒径的增大,休止角逐渐增大;随不均匀系数的增加,平均粒径对休止角的影响逐渐变小;不均匀系数对休止角的影响呈先增大后趋于稳定;颗粒级配分布愈不均匀,散粒体边坡休止角越大。     

TWO-PHASE FLOW OF HIGHLY CONCENTRATED SLURRY IN A PIPELINE

Hydraulic transport of sand is one of the key processes in river, lake, harbor and waterway dredging engineering. Understanding the flow resistance, solid distribution, flow stratification, transport economy, etc. , in the twophase flow of sand water mixture through a pipeline is crucial to the design and operation of power drives of a dredger, and to the construction of a dredging project. This paper presents the intensive laboratory experimental data and physical and numerical analyses on the highly concentrated slurry flow under an extended large range of slurry mean velocities for three narrow-graded sands of different sizes. The investigation indicates that the solids concentration and particle size strongly affect the slurry flow characteristics.