超声波作用下尾砂浆浓密规律及流变特性研究

发布时间：2020-02-10 00:03

【摘要】：本论文以国家自然科学基金“声/超声波作用下尾砂浆流体力学特性”为依托，针对目前立式砂仓尾砂浆固液分离难的问题,以加快尾砂的浓密沉降及改善砂浆流动性,提高立式砂仓充填能力、降低充填成本为目的,通过理论研究、物理试验、数值模拟等手段,开展超声波作用下尾砂浆浓密规律及流变特性研究,主要包括以下几个部分:(1)以理论研究为基础,系统的介绍了超声波的类型及物理性质,阐述了超声波的特征量,揭示了外加声场与尾砂颗粒间的力学作用机理,并且建立了超声波在尾砂浆中的传播方程,同时研究了不同频率下的超声波换能器的指向特性,为超声波的选型及应用奠定了理论基础。(2)通过实验室试验,对尾砂浆在不同沉降时刻后施加不同频率的超声波,以及在固定沉降时间后施加不同功率的超声波,研究了超声波对尾砂浆浓密沉降的响应规律,同时对施加超声波过程中的现象进行分析,最后通过响应曲面法建立了超声波作用下尾砂浆最终质量浓度的预测模型。(3)在砂仓模型中模拟尾砂沉砂环境,测试在施加超声场前后以及不同超声波换能器数量对砂仓放砂浓度的变化,研究了超声波对砂仓内尾砂板结现象的改善,以及超声波作用下砂仓放砂模式。(4)进行了超声波下充填料浆和尾砂浆的流变特性试验,通过分析所得试验数据分析了灰砂比、浓度、超声功率和频率对高浓度浆体流变参数塑性粘度和屈服应力的改善规律。充填料浆和尾砂浆的粘度值和屈服应力随着超声功率的增大而减小。整理流变试验数据,借助支持向量机利用LibSVM建立料浆流变参数预测模型,实现超声波作用下高浓度浆体流变参数的预测。(5)从理论上分析了超声波在砂浆中衰减的机理,建立了混合粒径条件下,超声波在砂浆中衰减的理论模型,随后通过试验的方法,与理论结果相验证,研究了尾砂浓度和粒径对超声波在砂浆中衰减的影响。(6)利用COMSOL Multiphysics数值模拟软件,依据所建立的超声波在尾砂浆中的传播模型,通过改变超声波的频率、超声波换能器数量以及换能器的布阵方式等相关参数,对超声波在尾砂浆中的声压传播特性进行了数值模拟,研究超声波在尾砂浆中的传播规律,优化超声波换能器的布阵方式,为超声波在砂仓中的安装应用奠定基础。
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD853.34

【参考文献】

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本文编号：2577993