非均匀粗颗粒在管道水力输送过程中断面分布特征研究

发布时间：2019-09-18 10:19

【摘要】：矿产资源是社会经济发展的重要物质基础之一,对其合理有效的进行运输是利用矿产资源的重要环节。水力管道输送因能适合复杂地形条件、对生态环境破坏小、建设费用低、运行成本低等优点成为输送矿物的首选方式。近年来由于环保要求越来越严格,同时考虑到高效利用资源,很多工程要求直接输送含粗颗粒的物料(粒径可达3mm-5mm)。粗颗粒物料极易在管道中淤积,使管道系统无法工作。因此,对于粗颗粒物料的水力输送特性研究至关重要。本文基于实验室水力输送管道试验,利用粒子图像测量技术(Particle Image Velocimetry,PIV),研究分析均匀粗颗粒及非均匀粗颗粒在管道断面的浓度分布特征,得到结论如下:(1)通过PIV技术,得到均匀粗颗粒和非均匀粗颗粒在管道断面的浓度分布特征,以及颗粒在管道断面的运动轨迹图像。(2)在设计试验条件下,均匀和非均匀粗颗粒在管道断面的浓度分布形态均为Ⅱ型分布,颗粒最大浓度位置并非在管道底部,而是在高于管底的位置。(3)对不同流速下、不同粒径的均匀粗颗粒的浓度分布数据进行对比发现:对于粒径相同的颗粒,随着流速增加,最大浓度减小,最大浓度位置上移,颗粒在管道断面的浓度分布趋于均匀。在同一流速条件下,粒径越大,最大浓度位置越靠近管底部,颗粒在管道断面的浓度分布越不均匀。(4)从受力角度出发,考虑均匀粗颗粒在管道试验过程中所受到的有效重力、脉动升力效应、Saffman力、Magnus力、颗粒间的碰撞力以及颗粒与管壁之间的碰撞力,分析了均匀粗颗粒在管道断面浓度分布特征出现的力学机制;引入一个表示综合升力与有效重力比值的参数k对扩散公式进行修正,新的扩散公式能同时解释颗粒垂向浓度分布的两种不同形态,Ⅰ型和Ⅱ型。(5)对不同粗细颗粒数量配比条件下的非均匀粗颗粒在不同流速下的浓度分布数据进行对比发现:颗粒在管道断面的浓度分布均表现为Ⅰ型分布,相较于管道中仅有3mm颗粒的工况,加入粒径为1mm颗粒的混合物料中粒径为3mm的颗粒的最大浓度相对高度有所上升。在一定的颗粒数量比条件下,随流速增加,两种颗粒的最大浓度点相对高度均上升,且流速越大,粒径为1mm的颗粒的最大浓度点相对高度的上升幅度越大;当流速为1.5m/s时,粒径为3mm的颗粒的最大浓度点相对高度均高于粒径为1mm的颗粒,当流速为2.0m/s和2.5m/s时,随着颗粒数量比增加,粒径为1mm的颗粒的最大浓度点相对高度逐渐靠近粒径为3mm的颗粒的最大浓度点相对高度。计算了不同粒径颗粒在不同流速下受到的碰撞力并对非均匀颗粒浓度分布特征进行了分析和解释,通过追踪颗粒在管道中的运动轨迹和垂向脉动速度佐证了颗粒受到的碰撞力对其浓度分布的影响。
【学位授予单位】：中央民族大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TD50

【参考文献】

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本文编号：2537452