气固两相穿越液池过程颗粒运动分离特性研究

采用可视化实验和数值模拟方法对气固两相流穿越液池过程中气液固三相流动进行研究。揭示了入口流速、颗粒直径和下降管的浸没深度对颗粒运动分离的影响及颗粒运动分离过程,获得颗粒在液池中的分离机理。研究获得,气固两相穿越液池过程中,大直径的颗粒向液池底部沉降,小直径的颗粒在液池中悬浮;入口气速增大对小粒径颗粒影响明显,对大粒径颗粒影响较小;下降管浸没深度的增大对颗粒浓度分布影响较小。     

基于PFC3D的地下连续墙槽壁稳定性模拟分析

针对富水砂卵石层地下连续墙成槽过程中槽壁易发生失稳的问题,通过分析相关的研究资料,在明确失稳形式及机理的基础上,设计了改变流速和粒径比的两种模拟试验方案,采用PFC^3D颗粒流软件分析了渗流对土颗粒间性质变化的影响。数值模拟结果表明：流速对于颗粒的位移有很大的影响。流速越快,颗粒位移越大,孔隙率越高,墙体所受应力也越大;粒径比对于颗粒的位移同样有很大影响,其表现的作用与流速相似;在有侧限的情况下,颗粒的x向位移在达到极限后会产生z向的分量,使得颗粒向上位移。在实际工程中就意味着在颗粒位移达到一定程度,必然会突破泥膜,导致土体内细颗粒的流失,土体孔隙率增大,最终使得槽壁发生垮塌。     

深海采矿中继站底部Y形管流动状态研究

针对深海采矿泵管输送试验系统中Y形管内流场复杂和矿石泄露风险等问题,采用CFD-DEM方法,对不同速度、不同体积浓度和不同粒径的矿石颗粒进行数值模拟计算,分析了Y形管内颗粒群的运动特性和流场分布规律。结果表明,Y形管内流场分布受弯管曲率和Y形管入口流量分配影响;颗粒群在弯管内贴壁流动,受到上升流作用后颗粒向上偏移;当上升流流速不足、颗粒体积浓度高及颗粒粒径较大时,会造成颗粒沿着底部管道流失,随着上升流速减小、颗粒体积浓度增大及颗粒粒径增大,颗粒通过底部管道流失不断增大;颗粒流的存在导致Y形管内低压漩涡区强度和尺度均减弱。     

造气湿煤灰浆体沉降性能研究

分析造气湿煤灰作为管道输送介质的沉降性能。分析结果为,Wt=20%的单一粒径浆体,粒径越小,悬浮或沉降的时间越长;Wt=20%的造气湿煤灰原样,其悬浮和沉降时间为3 min,介于单一粒径之间,且随着固体颗粒含量的增加,悬浮和沉降所需时间越长。造气湿煤灰单一粒径浆体和原样的SV值变化相似,在固体颗粒含量一定时,随着粒径的变化,SV值不受影响。     

浅埋采场溃沙发生条件分析

西部浅埋煤层采场的涌水溃沙灾害成为影响安全生产和正常生产的关键问题之一。本文通过建立溃沙伪结构物理力学模型,以泥沙起动理论为基础,探讨溃沙发生时泥沙颗粒的受力情况;以含水层高度为判定依据,给出溃沙发生条件的理论表达式,为溃沙发生的预测提供理论依据。     

复杂形态管道中粗颗粒水力输送的临界条件研究

通过自行设计的管道试验系统,研究在不同流速、粒径和体积浓度条件下,粗颗粒堵管的临界条件及其安全输送的方法。试验结果表明：①颗粒的粒径和体积浓度对粗颗粒系统安全输送有重要的影响,随着粒径和体积浓度的增大,临界流速提高,且当系统的输送速度大于临界流速时方可实现系统的安全输送;②在粒径一定的条件下,随着倾角的加大,粗颗粒在弯管处发生堵管所需要的临界流速降低;③在堵管的情况下,粗颗粒高效安全输送的临界条件主要取决于体积浓度和流速。     

KYF型浮选机三相流仿真研究初探

CFD方法在浮选机三相流动仿真中的应用,对于揭示浮选过程和优化浮选设备具有重要意义。本文以大型浮选机KYF-160为研究对象,揭示了浮选机内三相流动特征以及气、固两相含率的分布。本文研究了矿石不同单一粒径下,固相含率的分布特点及其影响。矿石颗粒固相含率的分布特点与工程实际一致。矿石粒径的增大,会导致浮选机底部矿粒沉积现象严重,顶部固相含率变低。本文探究了多粒径体系下,浮选机内固相含率的分布特点。较粗的颗粒更难悬浮,因此,浮选机对于矿石入选粒径有一定要求。     

贺兰山-桌子山区太原组和山西组三角洲沉积体系的沉积构成和聚煤作用

贺兰山-桌子山区太原组和山西组可划分为四个成因地层单元,总体是一套受波浪和潮汐改造的河流三角洲体系。其相构成主要包括水道充填(冲积分流水道、潮河混合水道、潮道、决口小型水道)、进积砂坝(指状河口砂坝、受波浪改造的河口砂坝、受潮汐改造的河口砂脊、边缘席状砂坝、决口充填)、细粒越岸泛滥和间水道细粒潮坪的砂泥互层、间湾和前三角洲泥岩、滨浅海碳酸盐岩以及泥炭沼泽沉积等。从晚石炭世到早二叠世,三角洲体系的沉积构成样式发生了明显变化,反映出早期受波浪作用较强、中期潮汐作用变得明显、晚期河流作用迅速增强的总体演化。同时指出,富煤部位主要分布于次级坳陷内,而且富煤带常发育于冲积三角洲平原和过渡带(太原组下部)或潮河混成三角洲平原沉积组合中(太原组上部和山西组底部)。     

旋风除尘器的冲蚀裂缝对除尘效率影响的研究

旋风除尘器在进行气固两相流分离时,固体颗粒会对除尘器产生强烈的冲蚀作用,使用时间过长会产生裂缝。以计算流体力学Fluent 15.0软件为工具,通过数值仿真发现旋风除尘器风流流速和压力的分布规律,研究固体颗粒对旋风除尘器的冲蚀作用,以及冲蚀产生的裂缝对除尘效率的影响。计算结果表明,固体颗粒会对除尘器圆柱桶顶部和圆锥筒底部产生冲蚀作用;当顶部产生裂缝时,除尘效率从最初的92.86%降到71.43%;当底部产生裂缝时,除尘效率会降到63.10%。该模拟结果可为除尘器内部结构的优化提供依据。     

跟踪泡沫相中的颗粒:一种试验技术

本文论述了示踪颗粒在含有充气的水与甘油混合物的泡沫相中的运动.试验是用一种特殊设计的实验室型浮选槽进行的.该浮选槽能够形成较厚的泡沫层.将不同粒径的荧光示踪颗粒加入到浮选柱的中部,在那里颗粒受到紫外线激发.由装有绿滤光镜的数码相机捕获颗粒的运动轨迹.将数码相机得到的图像传入计算机,用图像分析程序将颜色信号强度转变为泡沫中每一位置处的颗粒的浓度.用示踪技术来确定亲水性颗粒的分散和固体颗粒在轴向和径向的浓度变化.     

液固流化床内颗粒沉降特性试验研究

以小于1.5 cm的粗煤泥颗粒为研究对象,根据密度级和粒度级的不同,将粗煤泥分成20种窄密度级和窄粒度级的均质颗粒,在 100 mm液固流化床粗煤泥分选机内,分别进行自由沉降试验和干扰沉降试验,干扰沉降包括干扰沉降速度的试验和悬浮体密度的测量。结果表明,分选机内的流态应属于过渡区域,阿连公式是粗煤泥颗粒自由沉降末速的合适公式;影响干扰沉降速度的主导因素是介质中固体颗粒数量的多少和粒群的结构特点,固体容积浓度λ越大,颗粒的干扰沉降速度降低系数β越小;机体内从底部到顶部,流化床中悬浮体的密度逐渐减小,但在接近悬浮体顶部,悬浮体的密度稍有增加;随着密度和粒度的增加,悬浮体密度自下而上减小的程度增大。     

粒度对软硬煤粒瓦斯解吸扩散差异性的影响

基于气体在多孔介质的运移理论,采用物理模拟实验的方法,研究了软、硬煤粒瓦斯扩散速度、扩散系数的差异特征随粒径的变化规律;采用压汞法考察了软、硬煤粒孔隙结构特征的差异,分析了粒径对软硬煤瓦斯扩散行为差异性的影响机理。研究结果表明,当粒度大于等于硬煤的极限粒度时,软、硬煤瓦斯扩散初速度差值和扩散系数比值达到最大值,且基本趋于稳定;当粒度小于硬煤的极限粒度时,软、硬煤瓦斯扩散初速度差值和扩散系数比值随粒度的减小而减小;当粒径减小到一定程度——称该粒度为原始粒度,软、硬煤的瓦斯扩散速度和扩散系数几乎没有差别。软煤相对于硬煤和粒度减小,均使大中孔的孔容显著增大,即粒度减小会缩小软硬煤之间瓦斯解吸扩散通道的差别。软硬煤孔隙结构差异是导致瓦斯扩散速度和瓦斯扩散系数随粒径变化规律产生差别的本质原因。以上研究成果为钻屑瓦斯解吸指标、瓦斯放散初速度和煤层瓦斯含量等测定过程中粒度选择与结果修正提供理论参考。     

垂直管道内粗颗粒运动特性数值模拟

为研究深海采矿管道提升系统中颗粒的运动规律, 采用数值模拟的方法对不同粒径、不同入射位置的单个颗粒及单一粒径和混合粒径颗粒群的运动规律进行了研究。结果表明, 颗粒输送速度随着颗粒粒径增大而减小; 从管道中心到壁面, 颗粒速度逐渐减小; 颗粒群输送颗粒存在一定程度的碰撞, 输送的能量损失更大。得到了垂直管道内颗粒的运动规律, 对颗粒输送速度、碰撞、能量损失等进行了量化分析。对未来深海采矿水下输送系统设计有一定参考意义。     

粗颗粒在复杂空间形态管道水力输送中运动形式的研究

采用高速摄像技术,探讨了不同粒径、体积浓度和输送速度条件下,粗颗粒在复杂空间形态管道中的运动状态及临界条件。研究结果表明:粗颗粒在复杂形态管道中的运动状态表现出不同的特点,水平管道中以滑动推移为主要运动形式,倾斜上升管道中以滑动推移和悬移为主要运动形式,倾斜下降则主要存在下滑和悬移两种;粗颗粒在管道中的运动状态与颗粒粒径、管道形态等因素有关,就悬移运动状态而言,倾斜角度越大,粗颗粒越容易形成悬移。基于试验结果提出了临界条件的计算公式,实测值与计算值基本吻合。     

粒径对煤低温氧化阶段表观活化能影响试验研究

为探究不同粒径对煤自燃表观活化能的影响，对青龙煤矿三个煤层的不同粒径煤样进行程序升温试验，分析其耗氧速率、CO和C2H4产生规律，得到不同煤样的临界温度点和干裂温度点，并据此将煤低温氧化过程分为3个阶段。通过建立的基于耗氧速率的阿伦尼乌斯公式对试验数据进行处理，得出各煤样不同阶段的表观活化能和指前因子。结果表明：处于相同变化阶段的煤样表观活化能随粒径的增大而增大|对相同粒径煤样而言，若S1阶段的指前因子变化较小，其表观活化能随反应的进行而增大，若S1阶段的指前因子变化较大，则其S1阶段表观活化能大于S2阶段。5～7mm粒径作为临界粒径，其S1、S2阶段表观活化能相较大于其他粒径。混合粒径煤样各阶段的表观活化能较小。对比各组煤样的表观活化能可知，在相同的情况下，18#煤层发生自燃的难度相对较大，16#煤层次之，17#煤层难度相对较小。     

侧限压缩下破碎矸石混合粒径非Darcy流渗透特性

房柱式及巷式矸石充填开采中,煤柱与矸石两两相隔,破碎矸石充填体处于侧限压缩状态,破碎矸石的密实程度、孔隙特征及渗透特性对于煤层瓦斯流动及地下水渗流的控制具有重要的价值。基于稳态渗透法及轴向位移控制法,利用一套自制的破碎岩体渗透试验系统,测定了破碎矸石在不同混合粒径下承压过程中的非Darcy流渗透特性,得到渗透特性(渗透率k和非Darcy流β因子)随孔隙率的变化规律。研究表明:1)雷诺数计算及孔压梯度与渗流速度关系曲线说明破碎矸石的渗透特征属于非Darcy流;2)孔隙率随着压缩位移的增加而减小,对于混合粒径试样,较小颗粒充填到较大颗粒的孔隙中,是使岩样的初始孔隙率减小的主要原因;3)在侧限压缩下,大颗粒受挤压破碎是产生0~2.5 mm粒径的原因,而渗流造成细小颗粒质量流失;4)侧限压缩下,渗透率总的趋势减小,而非Darcy流β因子增加,但在压缩过程中,渗透特性的变化趋势受颗粒粒径的影响会出现局部波折,说明破碎矸石的渗透特性与侧限压缩位移、颗粒粒径大小、压缩破碎、排列方式及孔隙结构(通道)有关。     

磨料属性影响高压磨料气体射流破岩效果的理论及实验研究

为明确磨料粒径、密度和速度对磨料气体射流冲蚀率的综合影响规律,采用数值计算方法分析了磨料粒径、磨料密度、气体压力与磨料速度的耦合关系,确定了磨料速度的计算方程;在此基础上,基于弹塑性压痕断裂理论,建立了考虑时间因素的磨料射流冲蚀磨损率的理论计算模型,并利用高压磨料气体射流破岩实验结果对其进行了修正。研究结果表明,在固定气体压力条件下,冲蚀率随磨料粒径、密度的增加先增加后减小;粒径相较于密度对冲蚀率影响更为显著;在气体压力为20 MPa时,常用的磨料种类和粒径中80目石榴石为最优磨料;修正的磨料气体射流冲蚀理论模型数学形式简单,综合考虑了磨料的能量转化效率和磨料的破碎对冲蚀率的影响,与实验结果具有较好的一致性。     

基于低温DSC的流化床低阶煤干燥临界颗粒尺寸研究

低阶煤高水分的特性限制了其应用,从而其脱水是其应用的前提条件,颗粒尺寸对于流化床低阶煤低温烟气干燥能耗及干燥后低阶煤品质具有重要的影响。通过冷态差示扫描量热法(DSC)和发射扫描电子显微镜(SEM)定量分析了不同颗粒尺寸下煤中的水分分布和赋存特性,然后结合小型流化床干燥实验得到了不同大小颗粒的低温烟气干燥特性。研究结果发现,对于不同的低阶煤存在一个干燥临界颗粒尺寸,当颗粒尺寸大于其临界值时,干燥速率和颗粒尺寸几乎没有关系;当颗粒尺寸小于临界值时,随着颗粒尺寸的减小干燥速率增加。样品印尼褐煤的临界颗粒粒径为0.45 mm。     

空间模式下初始气固速度比影响管内固粒加速特性的研究

推导出了不同初始速度的固粒群空间模式的运动解析关系并求解,通过对解析关系 的分析,研究了影响固粒加速特性的因素.给出了初始气固速度比对固粒加速输送速度影响的若干 结论,其结果对工程应用有指导意义。