废石-尾砂高浓度料浆管道输送特性模拟

废石-尾砂高浓度充填是解决矿山废尾排放的最有效途径,也是实现绿色采矿的主体支撑技术之一。管道输送特性作为高浓度料浆管道输送的核心内容具有重要的研究意义。本文将矿山实际充填管路进行还原,应用Fluent软件进行输送模拟研究,重点以速度、质量浓度对管道自流输送特性及弯管部位的影响进行分析。结果表明:随着速度的增加,管道的阻力损失呈指数增长,弯管底部受到的压力最大。当料浆速度达到2.8 m/s,料浆浓度为85%时,浆料无法自流;当料浆速度超过3.0 m/s时,阻力损失增长变快;当料浆速度达到3.2 m/s,料浆浓度达到84%时,浆料无法自流,也会出现滞留现象,造成堵管。适合高浓度管道自流输送的料浆浓度为83%～84%。通过半工业实验及矿山实际阻力监测,验证了数值模拟结果的可靠性。     

海底开采高倍线强阻力充填料浆的输送

为解决三山岛金矿充填料浆管道输送过程中存在的高浓度、高倍线、强阻力等技术难题,对三山岛金矿充填料浆展开环管试验,研究高倍线强阻力条件下高浓度充填料浆的管道输送特性。通过测出不同灰沙比条件下不同质量浓度的充填料浆在不同输送速度下的压力损失以及不同停顿时间再次泵送时的启动阻力,得到充填料浆的流变特性。在充填料浆沉降实验和环管试验的基础上,结合非线性牛顿体管道输送理论和计算机流体动态数值分析方法对充填料浆的输送阻力和速度分布进行计算。结果表明:三山岛金矿充填系统采用内径为125 mm的陶瓷复合钢管作为输送管道,灰砂比1:4,质量浓度为72%~78%的充填料浆输送阻力低于5 MPa;随着料浆浓度的提高,其流变模型由屈服伪塑性体逐渐向宾汉体转变;灰砂比为1:10、质量分数为72%的充填料浆输送阻力大于9 MPa,料浆具有典型的固液二相流特征。     

粗骨料高浓度充填料浆的管道输送模拟及试验

为了研究粗骨料高浓度充填料浆管道自流输送问题,根据金川矿区的实际充填管路利用Gambit建立三维管道模型,依据料浆自身的特点以及结构流理论,在Fluent(3D)求解器中进行数值模拟。通过对不同浓度及不同流量情况下管道阻力损失的分析以及对弯管处压力的分析,获得在满足强度和高浓度的前提下的最佳料浆输送浓度为78%~79%,最佳流速为90 m3/h。同时,通过坍落度试验以及工业试验对数值模拟的结果进行验证。结果表明,粗骨料高浓度料浆管道输送模拟是可行的,研究结果为矿山应用粗骨料高浓度充填提供了理论依据。     

基于CFD的充填管道固液两相流输送模拟及试验

为解决和睦山铁矿充填料浆的管道自流输送问题,采用固液两相流理论和计算流体动力学(CFD)方法,建立充填料浆在管道中自流输送的两相流控制方程;利用Gambit构造实际管道的三维网格模型,在Fluent的3D解算器中进行数值模拟。通过分析管道输送的阻力损失和弯管部分的受力情况,获得料浆输送的最佳浓度和流量。料浆坍落度试验、自然沉降试验以及现场工业输送试验验证了数值模拟结果的可靠性。研究结果为该矿即将投入使用的永久充填系统运行参数的选取提供了重要的依据。     

深井似膏体充填管道的输送特性

基于某金属矿深井开采充填料浆管道输送系统运行的工程实例,对充填料浆管道输送的动力学过程进行模拟分析。采用GAMBIT软件建立超深、超长似膏体管道输送二维动态模型,并在此基础上运用FLUENT双精度解算器进行分离隐式模拟。结果表明:管道输送的阻力损失值小于重力产生的压力,可以实现自流输送;充填料浆在自流输送和工作流速为3.4 m/s的条件下,在弯管处得到最大速度为3.94 m/s,水平段最大速度为3.74 m/s,均满足稳定性要求。通过残差曲线监测所有相关变量的完整数据,证明模拟结果可靠,由此分析得出充填料浆管道输送系统安全可靠。     

基于CFD的充填管网参数优化及输送特性

为优化充填管网参数及研究充填料浆管道输送特性,考虑将充填倍线N、充填管径D、质量浓度c3个影响因素进行正交设计并进行计算流体力学(CFD)试验,之后对试验结果进行极差、方差及回归拟合分析,并结合数值分析方法探讨最大流速的预测计算模型。结果表明:影响沿程阻力损失、影响最大流速的敏感性、显著性皆为DcN,且3个因素均为显著因素;得到最佳充填倍线N为3.0～4.0,质量分数c为65%～68%,充填管径D为110～120mm,再经筛选剩下5组合适参数。研究3个因素变化对沿程阻力损失、最大流速的影响,并建立一个反映三因素下最大流速ν_(max)的综合数学预测模型,并利用这5组对其验证,模型计算值与试验模拟值差率都在15%以下,证明预测模型有效。     

含硫高黏性三相流态充填浆体管道输送性能

为解决新桥矿含硫全尾砂浆体黏度大、易结块以及管道输送性能差的问题,将发泡技术引入全尾砂胶结充填配浆实验中,研究灰砂比、质量分数和气泡率的变化对浆体流变性能的影响。基于Fluent的充填管道输送流速和压力变化模拟,对三相流态充填体的输送性能进行分析。结果表明:灰砂比为1:6、质量分数为72%、气泡率为20%时,三相流态充填浆体较同配比不含气泡的两相流态浆体泌水率降低29%,黏度降低17%,管道沿程阻力降低25%。气相成分的加入在降低含硫高黏性充填浆体的剪切应力和塑性黏度以及改善其管道输送性能和提升管道输送效率方面具有显著的优越性。     

泡沫砂浆W型管长距离输送特性的CFD模拟

针对泡沫砂浆三相流管道输送特性研究问题,以国内某铅锌矿为研究对象,运用计算流体力学(CFD)技术建立泡沫砂浆W型管长距离管道输送性能研究3D数值分析模型。在室内塌落度和流变特性试验的基础上,对不同配比及不同充填能力料浆输送中管道和弯管处压力、速度进行CFD模拟分析。结果表明:泡沫砂浆三相流可有效降低管道输送阻力,较普通两相流充填砂浆具有更好的流动性;通过弯管处压力、速度模拟可得,管道内压力、速度最大值点由管道中心线向管道内下侧方偏移,弯管处最大速度3.8 m/s,满足稳定性要求;当气泡率为10%、灰砂比为1:6、质量分数为72%、流量为60 m~3/h时管道阻力最小为2.33 MPa,弯管处阻力最小为3.22 kPa,满足自流输送要求,为最佳配比方案。CFD技术能够为管道输送研究提供直观准确的依据,在流体流变特性和降阻方法创新方面还有更为广阔的应用空间。     

输流管道壁面阻力数值模拟研究

针对入流脉动对输流管道壁面阻力的影响,采用直接数值模拟的方法分析不同入流脉动频率对管道壁面阻力的影响规律。研究结果表明:在入流脉动的情况下,管道壁面阻力将发生变化;低频脉动有利于壁面阻力的降低,且距离壁面越近阻力降低率越大;当脉动频率高于30 Hz时壁面阻力会增大,且脉动频率不同、距离壁面远近不同,阻力增大率也不同。研究结果对于提高输流管道的传递效率和能量利用率提供了一定的参考。     

超声波对充填料浆流变特性的影响及流变参数预测

为了改善高浓度充填料浆的流变特性,降低充填系统中堵管现象发生的概率,将超声波非接触性地作用于充填料浆。采用高精度Brookfield R/S-SST软固体测试仪,通过试验检测得到超声波作用下不同浓度、不同灰砂比全尾砂充填料浆的流变参数。结果表明:超声波可以显著改善充填料浆的流变特性,降低充填料浆的塑性黏度和屈服应力,超声对料浆黏度值的降低效果可达4.32%～39.33%,对料浆屈服应力的减小效果可达9.66%～34.27%。同时,借助支持向量机建立充填料浆流变参数预测模型。所得预测模型校验结果显示,该模型精度较高,具有较强的泛化能力,实现了功率超声条件下充填料浆流变参数的预测。     

某管路分离机构稳态数值模拟与试验

为了研究管路分离机构在稳态流动状态下的流阻和液动力,运用Fluent软件对分离机构内部流场进行数值模拟研究,并使用试验对模拟结果进行验证。建立管路分离机构以及考虑压缩弹簧的流域物理模型,通过分离机构的压力、速度矢量和湍动能的分布情况,分析了介质在插头与插座之间合理的流动方向;在此基础上详细研究了插头在不同入口速度下的特性流阻。分析结果表明:流体介质从插座流向插头的流动方式较为合理;插头的流阻特性随流体入口速度的增加而不断变大,且增加的速率在逐渐加快。最后对插头的流阻特性情况进行了试验,其试验值与数值模拟值的误差在5%以内,说明该数值模拟结果正确反映了管路分离机构内部的流程特性,为确定流体的入口速度以及机构的优化方案提供了参考。     

充填速度与浇口对半固态AlSi7Mg合金成形过程的影响

确定半固态触变成形的边界条件,在半固态表观粘度耦合于流场的动量方程上,建立半固态AlSi7Mg充型过程的计算模型.对不同充填速度、浇口形状以及浇口设置位置下半固态成形过程进行模拟分析.结果表明:半固态合金的充填速度对流态及成形质量具有明显影响,与压铸相比,半固态浇口形状、设置位置等因素对充填流态影响相对较小,所以半固态工艺设计较为灵活.半固态压铸机的充填流量及充填压力取决于浇口面积、充填速度以及合金种类.充填速度决定半固态浆料流动形态,进而影响半固态制件的成形质量.     

尾砂胶结充填料浆剪切触变实验及其基于量纲分析的触变性预测模型

采用桨式流变仪研究了不同质量浓度、灰砂比充填料浆在剪切条件下的触变行为,借助量纲齐次性原理,推导并提出了基于量纲分析的触变性预测模型。结果表明:浓度不同的料浆在触变形态上有差异,高浓度料浆剪切应力的波动性更强;触变性与质量浓度和灰砂比均呈非线性正相关,且水泥比尾砂更能引发触变;剪切过程中,表观黏度先急速下降,然后维持平稳,最后急剧上升,但结束瞬间的最终值小于初始值;质量浓度为64%的料浆剪切应力在剪切速率转折点前呈不规则“U”字型,其他组剪切应力基本以剪切速率转折点为中心左右对称。设计实验对预测模型进行验证,结果显示平均误差率为6.2%,且适应性良好。     

基于AMESim的脉动灌浆系统建模与特性分析

为了了解脉动灌浆系统的力学特性以及压力等参数的控制特性,通过对脉动灌浆系统组成和工作原理进行分析,基于AMESim仿真平台建立了脉动灌浆系统仿真模型。为了验证模型的正确性,将施工现场监测的输浆管道压力和流量数据与仿真模型的输出数据进行比较。结果表明：该仿真模型能够较为准确地模拟系统的动态曲线变化规律,压力及流量的平均相对误差分别为6.4%、7.6%,验证了模型的正确性。根据灌浆条件的变化,通过仿真模型分析,得到了不同的泵送频率、浆液黏度、管道长度等条件下的浆液管道内压力和流量特性的变化曲线。     

基于CFD-DEM的盾构泥浆管道排渣特性参数影响规律研究

盾构用泥水循环系统排渣时,其排渣特性直接影响排渣效率,进而影响盾构的施工效率。针对实际工程施工中,泥浆管道的排渣过程不能直接观察,内部泥浆和岩渣的运动规律也不明确的问题,以广州地铁7号线三模式盾构地铁隧道施工为背景,采用CFD-DEM耦合方法建立管道泥浆和岩渣耦合的数值仿真模型,通过单因素影响实验方法,分析泥浆流速、密度、黏度及管道直径等泥水循环系统关键参数对泥浆管道排渣特性的影响规律。结果表明：岩渣颗粒在管道中的运动形态大部分为在管道底部做推移运动,经过弯管部分时会对弯管外侧造成冲击,泥浆经过弯管时在内弯管处流速增大;随着泥浆流速、泥浆黏度的增加与管道直径的减小,泥浆压力损失以二次方的形式增加,泥浆压力损失随着泥浆密度的增加而线性增加。     

Numerical simulation of die filling behavior of AZ91D in the semisolid process

In this work, numerical simulation of the die filling and solidification process of AZ91D semisolid alloy was investigated to produce a thin walled connecting rod demanding a high dimensional precision. The Carreau viscosity model was implemented to simulate the flow behavior of semisolid slurry during the filling. The fitted constants for the Carreau model were used to verify the simulation results. The predicted results from this model were in good agreement with the experimental results. Then the verified Carreau model was designed to predict die filling, casting defects and casting process. It was found that the predicted results had a good correlation with those in the experiment. The optimum parameters were obtained with a slurry temperature of 590 ℃, a die temperature of 250 ℃ and an injection velocity of 2 m/s.     

Influence of core sand properties on flow dynamics of core shooting process based on experiment and multiphase simulation

The influence of core sand properties on flow dynamics was investigated synchronously with various core sands, transparent core-box and high-speed camera. To confirm whether the core shooting process has significant turbulence, the flow pattern of sand particles in the shooting head and core box was reproduced with colored core sands. By incorporating the kinetic theory of granular flow(KTGF), kinetic-frictional constitutive correlation and turbulence model, a two-fluid model(TFM) was established to study the flow dynamics of the core shooting process. Two-fluid model(TFM) simulations were then performed and a areasonable agreement was achieved between the simulation and experimental results. Based on the experimental and simulation results, the effects of turbulence, sand density, sand diameter and binder ratio were analyzed in terms of filling process, sand volume fraction(αs) and sand velocity(Vs).     

Numerical simulation on rheo-diecasting mould filling of semi-solid key-shaped component

Based on the experimental data of apparent viscosity about semi-solid A356 aluminum alloy,the apparent viscosity model was developed and inserted into a commercial software Castsoft6.0,and a key-shaped component filling process was simulated.The simulation results are in good agreement with the experimental filling results,which indicates that the apparent viscosity model established is effective and available.The process parameters on the cavity filling of the key-shaped components have been optimized.The injection pressure should be more than 15MPa.the slurry flowing velocity in the in-gate should be more than 1.73m/s,and the slurry temperature should be over 585℃.     

基于模糊综合评判的复合胶凝材料开发及料浆配比优化

针对矿山采用水泥胶凝材料充填成本较高的问题,利用当地矿渣和粉煤灰等固废资源开发低成本胶凝材料,并基于矿山现有的充填系统对料浆配比进行优化,在满足矿山要求的前提下,以期达到最大经济效益。首先,对试验材料进行物化分析;其次,采用正交试验、极差分析等方法进行复合胶凝材料配比优化试验,确定优化配比为粉煤灰10%、熟料8%、脱硫石膏14%、矿渣微粉68%,并利用XRD和SEM等手段来探究复合胶凝材料的水化产物及其微观结构,进一步揭示其水化机理;最后,在此基础上利用该胶凝材料进行充填料浆配比试验,并以7 d强度、28 d强度、泌水率、塌落度和充填成本为指标基于多目标模糊综合评判法进行料浆配比优化。结果表明:以采用复合胶凝材料、尾砂和戈壁集料配比1:1、胶砂比1:6、质量分数78%为最优配比,并以此配比进行验证试验,得到相应的7 d强度、28 d强度、泌水率和塌落度分别为1.76 MPa、4.82 MPa、5.98%和23.2 cm。充填体强度、料浆稳定性和料浆流动性均满足矿山要求,并且充填成本为103元/m^3,较原来195元/m^3的充填成本降低了47%。