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管道内煤矸石膏体胶结充填料浆流动特性仿真研究

2020-12-02阅读(823)

管道内煤矸石膏体胶结充填料浆流动特性仿真研究

论文摘要

煤炭作为基础能源,对国民经济发展起着举足轻重的作用,充填开采不但采出率高,而且能有效控制地表下沉,保护矿区生态环境,是煤炭企业实现绿色开采的重要技术途径。充填系统的设计中,充填浆料的流动特性直接决定充填效率,因此对输送管道内的浆料流动特性进行理论探索与研究具有重要的理论意义和实用价值。本文针对管道中煤矸石膏体胶结充填料浆的流动特点,结合其他研究者给出的浆料配比以及浆料流变模型,依据工程中的工况,利用CFD软件对料浆输送特性进行了数值模拟,研究了速度、管径、管道倾斜角度、浆料浓度、管道弯曲半径比等因素对充填管道内浆料流动的的影响规律。主要研究结果如下:1.对于水平直管,当浆料入口速度增加时,浆料流动达到稳定所需要的距离增加,出入口压差增加;当管径增加时,浆料达到稳定流动所需距离增加,管道压差减小:当浆料浓度增加时,管道出入口压差随之增加。2.当直管的倾斜角α由-30°变化至30°时,随着α的增大,管道出入口压强差也随之增加。3.管道弯曲半径比增大时,速度最大值位置向管道外壁偏移程度减小,对弯曲段管道外壁磨损减小,管道出入口压强差增大。4.水平直管中,煤矸石颗粒的体积分数随距入口距离的增加而变化,L=12m为不同入口速度、不同浓度时煤矸石颗粒发展为稳定分布所需要的最短距离;当入口速度大于1.6m/s时,煤矸石颗粒分布稳定,管道横截面上大部分区域的煤矸石颗粒体积分数近似为均匀分布时的体积分数。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 绪论
  •   1.1 研究背景
  •   1.2 我国煤炭开采现状
  •   1.3 煤炭充填开采国内外研究现状
  •     1.3.1 充填材料和充填工艺研究
  •     1.3.2 充填管道输送的研究
  •     1.3.3 管道输送数值模拟研究
  •   1.4 研究内容
  • 第二章 浆料管道输送特性
  •   2.1 充填材料的基本性质
  •     2.1.1 煤矸石性质
  •     2.1.2 粉煤灰性质
  •     2.1.3 水泥的性质
  •     2.1.4 充填材料要求
  •     2.1.5 充填材料组成
  •   2.2 充填浆料流变模型
  •     2.2.1 牛顿流体
  •     2.2.2 非牛顿流体
  •   2.3 充填浆料管流特征
  •     2.3.1 均质流体管流特征
  •     2.3.2 非均质固液两相流的管流特性
  •     2.3.3 非均质—均质复合流体管流特征
  •   2.4 固液两相流研究方法
  •   本章小结
  • 第三章 充填系统数值研究方法
  •   3.1 管路布置
  •   3.2 模型建立
  •   3.3 管道输送工程参数
  •   3.4 网格划分
  •   3.5 数值模拟计算模型的选择
  •   3.6 模拟假设
  •   本章小结
  • 第四章 直管中浆料流动特性
  •   4.1 不同入口速度对浆料流动的影响
  •     4.1.1 入口速度v=0.95m/s时的流动
  •     4.1.2 入口速度v=1.5m/s时的流动
  •     4.1.3 入口速度v=2.0m/s时的流动
  •     4.1.4 流动随入口速度的变化规律
  •   4.2 管径对流动的影响
  •     4.2.1 管径D=120mm时的流动
  •     4.2.2 管径D=200mm时的流动
  •     4.2.3 管径D=300mm时的流动
  •     4.2.4 流动随管径的变化规律
  •   4.3 浆料浓度变化对流动的影响
  •     4.3.1 浓度为74%时的流动
  •     4.3.2 浓度为75%时的流动
  •     4.3.3 流动随浓度的变化规律
  •   4.4 倾斜角度变化对流动的影响
  •     4.4.1 角度正向变化时的流动
  •     4.4.2 角度负向变化时的流动
  •     4.4.3 流动随倾斜角度的变化规律
  •   本章小结
  • 第五章 弯管中浆料流动特性
  •   5.1 弯管模型示意图
  •   5.2 弯曲半径对流动的影响
  •     5.2.1 弯曲半径比S=2时的流动
  •     5.2.2 弯曲半径比S=3.33时的流动
  •     5.2.3 弯曲半径比S=4.67时的流动
  •     5.2.4 弯曲半径比S=6.67时的流动
  •   本章小结
  • 第六章 流速对矸石沉降影响
  •   6.1 模拟参数设置
  •   6.2 不同入口速度时矸石颗粒变化
  •     6.2.1 入口速度v=0.1m/s时矸石颗粒分布
  •     6.2.2 入口速度v=0.3m/s时矸石颗粒分布
  •     6.2.3 入口速度v=0.5m/s时矸石颗粒分布
  •     6.2.4 其他入口速度时矸石颗粒分布
  •   6.3 矸石颗粒体积分数随横截面位置变化
  •     6.3.1 管道上部位置矸石颗粒体积分数变化
  •     6.3.2 管道下部位置矸石颗粒体积分数变化
  •   6.4 质量浓度对矸石颗粒体积分数的影响
  •     6.4.1 v=0.1 m/s时矸石颗粒体积分数变化
  •     6.4.2 v=0.8 m/s时矸石颗粒体积分数变化
  •     6.4.3 v=1.6 m/s时矸石颗粒体积分数变化
  •     6.4.4 v=2.0 m/s时矸石颗粒体积分数变化
  •   本章小结
  • 第七章 结论与展望
  •   7.1 主要结论
  •   7.2 展望与不足
  • 参考文献
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 戴宏宇

    导师: 王尕平,高圣元

    关键词: 煤矸石膏体胶结充填,管道输送,数值模拟,阻力损失,颗粒沉降

    来源: 大连交通大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

    专业: 力学,矿业工程

    单位: 大连交通大学

    分类号: TD849.5;O35

    DOI: 10.26990/d.cnki.gsltc.2019.000468

    总页数: 98

    文件大小: 11552K

    下载量: 24

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