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考虑管壁滑移效应膏体管道的输送阻力特性-中国有色金属学报
第 26 卷第 1 期 中国有色金属学报 2016 年 1 月
Volume 26 Number 1 The Chinese Journal of Nonferrous Metals January 2016
文章编号:1004-0609(2016)-01-0180-08
考虑管壁滑移效应膏体管道的输送阻力特性
吴爱祥,程海勇,王贻明,王洪江,刘晓辉,李公成
(北京科技大学 土木与环境工程学院 金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京 100083)
摘 要:为研究膏体管道输送阻力特性,针对膏体管道输送的结构流特点,将管道内膏体流区划分为柱塞流动区、
剪切流动区和滑移流动区。根据流体力学理论建立考虑管壁滑移效应的膏体管道输送阻力模型,推导基于倾斜管
试验的膏体流变参数计算方式,通过测定倾斜管不同倾斜角度 α下的管道流速 v 计算管道屈服应力 τ0 和塑性粘度
η,并在此基础上自制试验装置。针对谦比希铜矿充填物料基本特性,通过正交试验研究浓度、灰砂比和尾废比
对管道摩擦阻力的影响,并根据响应面分析多因素之间的交互作用,得到各因素对管道摩擦阻力的影响顺序由大
到小依次为灰砂比、尾废比、浓度。研究结果是膏体管道输送阻力特性理论与实践研究的有力补充。
关键词:膏体充填;阻力特性;管壁滑移;倾斜管;响应面
中图分类号:X753 文献标志码:A
充填采矿法能够有效改善采场应力分布情况,抑 较差。在工业上为得到准确的流变参数,往往通过环
制地表沉降,为采矿作业提供技术保障,是实现矿山 管试验测量管输阻力,再根据 Kriege-Maron 公式计算
绿色开采的支撑技术[1] 。膏体充填能够有效利用全尾 流变参数[13] 。但环管试验工作量大,试验装置的购置、
砂等矿山废料,减小了地表堆存和渗流等原因造成的 调试复杂,室内试验中可操作性较差。目前,管道阻
污染。同时膏体充填料浆浓度高,脱水量少[2] ,对采 力计算模型主要基于扩散理论、重力理论和能量理论。
场的服务质量高,是近年来充填技术的研究热点[3] 。 丁宏达等[14]对 Wasp 模型进行修正,并将其应用于矿
膏体在输送过程中以结构流的运动形式存在[4] ,有别 浆长距离管道输送设计中。但根据传统管输理论发展
于传统的固液两相流[5] ,因而不能直接采用两相流理 起来的管阻计算公式没有考虑壁面滑移造成的减阻效
论进行膏体管道输送阻力的计算。针对结构流的管道 应,在实际应用中往往造成计算值大于实际测定值。
阻力特性研究是国内外研究的热点。 KALYON[15]借助扫描电镜和荧光分析法获得的微观
目前膏体料浆流变参数测定较为普遍的方法是采 图像证明了静态壁面损耗效应的存在,在其作用下产
用流变仪测定[6] 。通过控制剪切速率法(CSR)或控制剪 生了厚度为 2~30 μm 的滑移层。结果表明,壁面滑移
切应力法(CSS)进行模式选择,根据与料浆特性相匹配 效应是否显著,取决于壁面粗糙度和滑移层厚度的相
的流变模型回归出剪切应力和黏度参数[7−8] 。但物料性 对大小,当滑移层不能完全覆盖粗糙表面时,壁面滑
质和试验方法对试验结果影响较大,尤其在加入废石 移就无法形成。赵国彦等[16]利用响应面法建立了多
[9]
等粗骨料时,试验结果往往表现出较大的离散性 。 因素料浆满意度模型,为多因素分析提供了新的
SAAK 等[10]通过实验发现,即使是同一台流变仪,不 思路。
同的转速下检测出来的应力结果也不同,转子转速越 本文作者拟通过水力学推导对膏体流态进行分
快,检测屈服应力越大。CLAYTON 等[
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