双尺度孔隙结构矿堆精细表征及浸矿多场耦合模型研究
发布时间：2021-03-02 14:47
论文结合μCT扫描、计算机三维图像处理方法和浸矿过程建模仿真等手段,研究堆浸体系宏细观结构特征和水力学特性,提出矿堆结构精细化表征参数体系,基于矿堆三维图像,建立两级渗流—两级传质—固液反应—多相传热的浸矿多场耦合模型,通过氧化铜矿浸出的数值仿真,揭示孔隙尺度浸矿体系各物理场动态响应机制,主要研究工作如下:（1）通过MCT扫描获取浸柱和矿石三维图像,基于三维图像处理方法,分析矿石单颗粒和散体形态特性,形成以粒级—球度—颗粒排列—颗粒内矿物分布的矿石颗粒散体表征体系和以孔喉轴线长—断面面积—断面周长的孔隙表征体系,并以工艺矿物学分析和常规筛分实验结果部分验证图像计算的有效性。（2）提出两种基于图像计算的矿堆水力学特性预测方法:通过浸柱CT图像的颗粒散体特性分析,利用Carman-Kozeny经验方程计算介质渗透率;采用直接孔隙图像开展Navier-Stokes流动模拟计算任意（孔隙型/裂隙型）多孔介质渗透率/水力传导率。开展浸柱渗流实验,验证图像预测渗透率的可靠性。根据孔喉图像计算孔喉断面形状系数（圆度—粗糙度—径长比）和无量纲水力传导率,利用反向传播（BP）神经网络,建立形状系数与无量...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：158 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 引言
1.1 课题来源及选题意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 课题目的
1.1.3 选题意义
1.2 堆浸应用及研究现状
1.2.1 铜矿堆浸应用背景与现状
1.2.2 堆浸工艺概述
1.2.3 CT技术在矿堆结构表征上的应用
1.2.4 堆浸模型的发展
1.2.5 小结
1.3 研究内容及技术路线
1.3.1 研究内容
1.3.2 技术路线
2 矿堆结构表征
2.1 常规矿石颗粒和散体分析
2.1.1 工艺矿物学分析
2.1.2 矿石散体粒级
2.2 矿石颗粒和散体CT扫描实验
2.2.1 CT扫描实验
2.2.2 CT扫描结果
2.3 CT图像分析方法
2.3.1 滤波和强度校正
2.3.2 阈值分割
2.3.3 颗粒识别
2.3.4 孔隙中轴线和孔隙网络
2.4 CT矿石颗粒和散体特性分析
2.4.1 CT矿物分析
2.4.2 CT矿石散体分析
2.4.3 CT细观/宏观孔隙分析
2.5 本章小结
3 矿堆水力学特性预测
3.1 微观渗流问题的说明
3.2 渗透率实验
3.3 基于孔隙的渗透率预测
3.4 孔隙的水力传导率预测
3.5 本章小结
4 两级渗流建模仿真及优势流研究
4.1 矿堆两级渗流网格模型
4.2 两级渗流建模和仿真
4.3 双尺度孔隙结构矿堆的优势流
4.4 本章小结
5 双尺度孔隙结构矿堆浸矿模型
5.1 双尺度孔隙结构矿堆几何模型
5.2 传质控制方程
5.3 传热控制方程
5.4 矿石/脉石反应控制方程
5.4.1 界面反应控制方程
5.4.2 区域反应控制方程
5.5 多场耦合分析
5.6 本章小结
6 浸矿过程仿真及模型验证
6.1 模型设计
6.1.1 矿堆网格
6.1.2 物理参数及边界条件
6.2 仿真结果处理
6.3 仿真结果分析与讨论
6.3.1 浸矿环境及效果随时间变化
6.3.2 矿物组分的影响
6.3.3 喷淋强度的影响
6.3.4 喷淋液pH的影响
6.3.5 环境温度的影响
6.4 小型柱浸实验
6.5 本章小结
7 结论
7.1 主要结论
7.2 创新点
7.3 研究展望
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于三维直方图修正和灰度熵分解的图像分割[J]. 张书真. 计算机工程. 2014(05)
[2]Unsaturated flow and solute transport in a porous column using spherical ore particles[J]. Xiu-xiu Miao,Ai-xiang Wu,Bao-hua Yang,Jin-zhi Liu,Sheng-hua Yin,Hong-jiang Wang. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2014(02)
[3]基于真实模型的矿岩散体三维孔隙流数值模拟(英文)[J]. 杨保华,吴爱祥,王春来,牛文鑫,刘金枝. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2012(12)
[4]浸出过程中矿石颗粒表面微孔裂隙演化规律[J]. 吴爱祥,姚高辉,王贻明. 中南大学学报(自然科学版). 2012(04)
[5]基于三维Otsu法的红外图像阈值分割[J]. 顾鹏,张玉. 计算机工程. 2011(16)
[6]分水岭算法的改进方法研究[J]. 刁智华,赵春江,郭新宇,陆声链,王秀徽. 计算机工程. 2010(17)
[7]羊拉铜矿矿床地质特征与成矿规律的研究[J]. 李石磊,苏昌学,燕永锋,宁选凤. 矿业快报. 2008(12)
[8]How will biomining be applied in future?[J]. C.L.BRIERLEY. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2008(06)
[9]显微CT试验技术与花岗岩热破裂特征的细观研究[J]. 赵阳升,孟巧荣,康天合,张宁,郤保平. 岩石力学与工程学报. 2008(01)
[10]溶浸采矿技术的进展与展望[J]. 吴爱祥,王洪江,杨保华,尹升华. 采矿技术. 2006(03)
博士论文
[1]紫金山铜矿生物堆浸工业案例分析[D]. 阮仁满.中南大学 2011
[2]堆浸体系中散体孔隙演化机理与渗流规律研究[D]. 杨保华.中南大学 2010
本文编号：3059448
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：158 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 引言
1.1 课题来源及选题意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 课题目的
1.1.3 选题意义
1.2 堆浸应用及研究现状
1.2.1 铜矿堆浸应用背景与现状
1.2.2 堆浸工艺概述
1.2.3 CT技术在矿堆结构表征上的应用
1.2.4 堆浸模型的发展
1.2.5 小结
1.3 研究内容及技术路线
1.3.1 研究内容
1.3.2 技术路线
2 矿堆结构表征
2.1 常规矿石颗粒和散体分析
2.1.1 工艺矿物学分析
2.1.2 矿石散体粒级
2.2 矿石颗粒和散体CT扫描实验
2.2.1 CT扫描实验
2.2.2 CT扫描结果
2.3 CT图像分析方法
2.3.1 滤波和强度校正
2.3.2 阈值分割
2.3.3 颗粒识别
2.3.4 孔隙中轴线和孔隙网络
2.4 CT矿石颗粒和散体特性分析
2.4.1 CT矿物分析
2.4.2 CT矿石散体分析
2.4.3 CT细观/宏观孔隙分析
2.5 本章小结
3 矿堆水力学特性预测
3.1 微观渗流问题的说明
3.2 渗透率实验
3.3 基于孔隙的渗透率预测
3.4 孔隙的水力传导率预测
3.5 本章小结
4 两级渗流建模仿真及优势流研究
4.1 矿堆两级渗流网格模型
4.2 两级渗流建模和仿真
4.3 双尺度孔隙结构矿堆的优势流
4.4 本章小结
5 双尺度孔隙结构矿堆浸矿模型
5.1 双尺度孔隙结构矿堆几何模型
5.2 传质控制方程
5.3 传热控制方程
5.4 矿石/脉石反应控制方程
5.4.1 界面反应控制方程
5.4.2 区域反应控制方程
5.5 多场耦合分析
5.6 本章小结
6 浸矿过程仿真及模型验证
6.1 模型设计
6.1.1 矿堆网格
6.1.2 物理参数及边界条件
6.2 仿真结果处理
6.3 仿真结果分析与讨论
6.3.1 浸矿环境及效果随时间变化
6.3.2 矿物组分的影响
6.3.3 喷淋强度的影响
6.3.4 喷淋液pH的影响
6.3.5 环境温度的影响
6.4 小型柱浸实验
6.5 本章小结
7 结论
7.1 主要结论
7.2 创新点
7.3 研究展望
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于三维直方图修正和灰度熵分解的图像分割[J]. 张书真. 计算机工程. 2014(05)
[2]Unsaturated flow and solute transport in a porous column using spherical ore particles[J]. Xiu-xiu Miao,Ai-xiang Wu,Bao-hua Yang,Jin-zhi Liu,Sheng-hua Yin,Hong-jiang Wang. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2014(02)
[3]基于真实模型的矿岩散体三维孔隙流数值模拟(英文)[J]. 杨保华,吴爱祥,王春来,牛文鑫,刘金枝. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2012(12)
[4]浸出过程中矿石颗粒表面微孔裂隙演化规律[J]. 吴爱祥,姚高辉,王贻明. 中南大学学报(自然科学版). 2012(04)
[5]基于三维Otsu法的红外图像阈值分割[J]. 顾鹏,张玉. 计算机工程. 2011(16)
[6]分水岭算法的改进方法研究[J]. 刁智华,赵春江,郭新宇,陆声链,王秀徽. 计算机工程. 2010(17)
[7]羊拉铜矿矿床地质特征与成矿规律的研究[J]. 李石磊,苏昌学,燕永锋,宁选凤. 矿业快报. 2008(12)
[8]How will biomining be applied in future?[J]. C.L.BRIERLEY. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2008(06)
[9]显微CT试验技术与花岗岩热破裂特征的细观研究[J]. 赵阳升,孟巧荣,康天合,张宁,郤保平. 岩石力学与工程学报. 2008(01)
[10]溶浸采矿技术的进展与展望[J]. 吴爱祥,王洪江,杨保华,尹升华. 采矿技术. 2006(03)
博士论文
[1]紫金山铜矿生物堆浸工业案例分析[D]. 阮仁满.中南大学 2011
[2]堆浸体系中散体孔隙演化机理与渗流规律研究[D]. 杨保华.中南大学 2010
本文编号：3059448
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