固液两相非均质流管道输送稳定性评判标准的研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com第3期水力采煤与管道运输No．32014年9月HYDRAULICCOALMINING&PIPELINETRANSP0RTAT10NSep．2014融固液两相非均质流管道输送稳定性评判标准的研究费祥俊_-q妍·韩文亮(1．清华大学，北京100084；2．中国环境科学研究院，北京100012；3．北京师范大学，北京100875)摘要：工业浆体管道输送的粒状物料有煤、精矿、尾矿等，这些物料的水力输送，一般运距长，运量大，保证输送矿浆的稳定安全是管道设计中重要问题。通过分析研究提出了一种新型判别矿浆稳定性的方法。该方法比较

2、简单实用，可作为长距离管道设计矿浆稳定性判断准则。关键词：固液两相流；管道输送；稳定性；非均质指数中图分类号：TD522文献标志码：A文章编号：1006—0898(2014)03—0001—03必须进行大型环管试验，比较困难。找到一个不1引言需要环管试验就能判断矿浆稳定性的方法，是十固体粒状物料的管道输送与其它运输方式分必要的。相比，具有投资少、建设周期短、占地面积少等许2管内固体垂向浓度分布与输送稳定性分析多优点。首先分析哪些因素影响．s／S。Wasp等⋯据初步统计世界上已有的各类管道几百万曾针对输煤管道，进行过影响因素的测试及分公里，而且现在正以

3、每年几万公里的速度增长，析，当时试验管径为305mm，浓度50％，结果如管道输送的物料种类也在不断繁衍、扩大，这充图1、2、3所示。分表明管道输送的优越性和强大的生命力。其1n帅、中，许多水力输送固体粒状物料管道，随着科学n技术的发展，输送的浓度越来越高，距离越来越毫、、长，规模越来越大。管道规模越大，运距越长，对帅h矿浆稳定性要求越高。固、液两相流大都含有粗、细颗粒。当细颗^～粒含量比较多时，可考虑细颗粒与水形成比较稳定的浆体为悬浮液，这种以细颗粒悬浮液为载体研究两相流的方法，不仅对固液两相流理论有重要意义，而且在工程中也具有应用价值。在此主要研究

4、含有粗、细颗粒的固、液两相流的稳定性，以保证长距离两相流管道的安全输送。过去试验研究中发现：工业浆体管道大部分属于两相非均质流，管内固体垂向浓度分布的均匀程度，与运行稳定性关系密切。如以距管顶0．08D处的浓度S与管中心处浓度Sw之比为垂向浓度分布的指标，则对长距离输煤管道要求S／S。>0．6，否则便不够稳定，表现为管道运行中易引起淤堵，停泵再起动困难，管壁与过流设备磨损明显等。对于运距较短的，如尾矿等管道，其管内固体浓度分布均匀程度要求可以略为放宽，但尚无统一认识。另外要直接测定

5、S／Is学兔兔www.xuetutu.com2014年9月水力采煤与

6、管道运输第3期图1为管径305mm、浓度50％、流速2m／s，煤密度1．35t／m，煤浆中不同粒径颗粒的Js／．s值，看出颗粒粒径对Js／s影响比较大。图2为P=1．43～4．8t／m。S=0．08～0．52管径305mm、浓度50％，煤密度1．35t／m。，输送经过分析及反复比较发现管道运行正常情流速对三组不同粒径的．s／S影响，看出流速对细颗粒影响较小，对粗颗粒影响较大。图3为浓度50％、流速2m／s、煤密度1．35t／m，煤浆中颗力=／㈩p—pm、d。粒为0．596—0．841mm时，不同管道直径D的guk)Pms／．s的值，看出管径影响很小。

7、存在的问题是仅对煤这一种物料和仅对单个影响因素进行了计算平稳输送条件下式(3)所示的，一)~to90分析。而实际上．s／

8、s是受多种因素综合影响，，考但各种因素综合起来对管内5／5的影响尚未见到相关的研究。根据泥沙运动力学，在矩形明渠中，悬液中=√舍(4)固体颗粒浓度垂向分布，可以推导出计算公式上式中阻力系数采用下式(5)计算⋯：为：考=cA=0．11(会+譬(5)式中：．s及S为水表面某处及一定水深处的浓度，z=／J为颗粒悬浮指数。z值越小，表KU。示颗粒在垂直方向上分布越均匀，z值越大，分U=UU=U√÷A(6)一布越不均匀。上世纪美国俄亥俄输煤

9、管道运行期间，工程根据公式(3)及公式(6)分别计算与师们从实用出发，在直径为305mm的管道上进行广泛的取样，测验很多断面上5值(距离管顶值，并点绘与关系，可以看出，资料范围64部0．08D处浓度)与5值(管道中心的浓度)之比，求得如下关系j：组平稳输送条件下一力关系很好，结果如图4kg一8(煮)(1)式中：to为粗颗粒的沉速，为管道输送的摩阻流速，K为表示流速分布特征的卡门常数，／3为修正系数，可近似取1。为求管内的垂向浓度分布，可以设想管道系统有一综合指数影响s／s，这一综合指数表示为：=d，D，P。，S，to，P)式中：d以颗粒组成的上限粒径

10、d。表示，to为相应的沉速，以to0表示；D为管径；p及P分别为固体物料及矿浆的密度。将这些物理量无量纲图4