高浓度全尾砂胶结充填管道输送数值模拟及应用研究

发布时间：2017-10-07 18:30

  本文关键词：高浓度全尾砂胶结充填管道输送数值模拟及应用研究

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【摘要】：高浓度全尾砂充填采矿因其环保、节能、减排、安全、高效等优点已成为充填采矿技术研究的热点。鉴于高浓度充填料浆输送的复杂性和理论研究的局限性,本文采用室内实验、环管试验、数值模拟与工程验证相结合的方法,研究高浓度全尾砂胶结料浆管道输送的沿程阻力损失计算方法。主要研究内容与成果如下:(1)环管试验。在全尾砂物理化学性质测定结果、配合比和塌落度试验结果的基础上,设计并进行不同灰砂比、不同浓度、不同输送流量的全尺寸环管试验,采集压力数据并计算得到每个分段管路的沿程阻力损失。(2)高浓度全尾砂料浆初始物理属性数值模拟参数模型的建立。在高浓度全尾砂料浆环管试验的基础上,应用ANSYS/FLOTRAN流体力学分析软件对全尺寸环管试验的管路进行仿真模拟,对比环管试验“水平直管”分段的沿程阻力损失,进行ANSYS/FLOTRAN数值模拟参数优化,建立高浓度全尾砂料浆的初始物理属性数值模拟参数模型。(3)工程验证。在高浓度全尾砂料浆的初始物理属性数值模拟参数模型的基础上,就安徽某矿山的高浓度全尾砂充填系统改造,应用基于两相流、流变学等相关理论,对比分析高浓度全尾砂料浆管道输送的数值模拟结果与理论分析结果,验证高浓度全尾砂料浆的初始物理属性数值模拟参数模型的可行性。(4)高浓度全尾砂料浆管道输送阻力损失变化规律研究。在数值模型可行性验证的基础上,对高浓度全尾砂料浆的管道输送数值模拟结果作深入分析探讨,考虑料浆浓度及料浆流速两个因素模拟输送管路流速分布、压力分布及弯管处最大流速分布,分析高浓度全尾砂料浆的管道输送阻力损失变化规律。本课题建立的高浓度全尾砂胶结充填管道输送数值模拟方法,直观的揭示料浆在管道中流动时的动态特征,沿程阻力损失计算结果满足工程设计要求。为获得高浓度全尾砂胶结充填料浆在管道输送过程中的沿程阻力损失提供新思路,为同类矿山的高浓度充填矿山系统设计、充填工艺相关参数优化以及高浓度充填技术的研究提供借鉴,在解决高浓度全尾砂胶结充填料浆的管道输送问题上有一定的理论和实践意义。
【关键词】：高浓度全尾砂料浆 环管试验 ANSYS/FLOTRAN 数值模拟 阻力损失
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD853.34;TD50
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第1章 绪论13-23
• 1.1 研究背景、目的和意义13-15
• 1.1.1 研究背景13-14
• 1.1.2 研究目的和意义14-15
• 1.2 国内外研究现状15-19
• 1.2.1 高浓度充填技术发展15-16
• 1.2.2 高浓度充填技术研究现状16-18
• 1.2.3 管道输送数值模拟研究现状18-19
• 1.3 本文的研究内容及技术路线19-23
• 1.3.1 研究内容19-20
• 1.3.2 技术路线20-23
• 第2章 充填料浆管道输送基本理论23-35
• 2.1 料浆管道输送特性参数23-24
• 2.1.1 料浆密度23
• 2.1.2 料浆体积浓度23-24
• 2.1.3 料浆粘度24
• 2.2 料浆管道输送流变模型及特性24-27
• 2.3 料浆管道输送不淤临界流速理论27-31
• 2.3.1 固体物料的悬浮条件27-28
• 2.3.2 临界流速的研究28-31
• 2.4 料浆管道输送阻力计算方法31-35
• 第3章 全尾砂胶结料浆管道输送环管试验35-45
• 3.1 全尾砂物理化学性质35-40
• 3.1.1 全尾砂的基本力学性质35
• 3.1.2 全尾砂化学元素分析35-36
• 3.1.3 全尾砂粒级分布36-38
• 3.1.4 全尾砂配合比试验及料浆输送特性试验38-40
• 3.2 环管输送试验40-43
• 3.2.1 管路系统40-42
• 3.2.2 数据采集系统42
• 3.2.3 输送组方42-43
• 3.2.4 实验结果43
• 3.3 本章小结43-45
• 第4章 基于环管试验的管道输送数值模拟研究45-71
• 4.1 ANSYS/FLOTRAN软件简介45-46
• 4.2 ANSYS/FLOTRAN软件应用46-54
• 4.2.1 模型建立46-48
• 4.2.2 网格划分48
• 4.2.3 边界条件约束48-50
• 4.2.4 求解设置50-51
• 4.2.5 后处理51-54
• 4.3 处理分析环管试验实验数据54-58
• 4.3.1 数据处理54-55
• 4.3.2 管流沿程阻力计算55-58
• 4.4 ANSYS/FLOTRAN数值模拟参数优化58-68
• 4.4.1 模拟初始参数设定58-60
• 4.4.2 参数优化方法60-62
• 4.4.3 参数优化结果62-64
• 4.4.4 参数优化分析64-67
• 4.4.5 参数模型预测67-68
• 4.5 本章小结68-71
• 第5章 工程应用71-87
• 5.1 工程概况71-74
• 5.1.1 矿山概况71-72
• 5.1.2 模拟初始参数设定72-74
• 5.2 管道输送模型的建立74-76
• 5.2.1 流变模型参数设置74-75
• 5.2.2 ANSYS/FLOTRAN模型建立75-76
• 5.3 数值模拟结果76-82
• 5.3.1 监测结果76-77
• 5.3.2 数值模拟结果与分析77-82
• 5.4 数值模拟结果验证82-85
• 5.4.1 自流输送可行性验证82-83
• 5.4.2 模拟结果与理论计算对比分析验证83-84
• 5.4.3 流速和浓度对弯道处的冲击影响84-85
• 5.5 本章小结85-87
• 第6章 结论与展望87-89
• 6.1 结论87-88
• 6.2 展望88-89
• 参考文献89-95
• 附录95-111
• 作者攻读学位期间的科研成果111-113
• 1 公开发表的学术论文111
• 2 参与的项目及课题111-113
• 致谢113

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