水力提升颗粒及颗粒群浮游运动规律研究.pdf

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1、第30卷第4期矿冶工程V0I_3ONo42010年08月MININGANDMETALLURGICALENGINEERINGAugust2010水力提升颗粒及颗粒群浮游运动规律研究①陈光国，阳宁，唐达生，金星，肖红(长沙矿冶研究院深海矿产资源开发利用技术国家重点实验室，湖南长沙410012)摘要：在高30m、管径200mm的室内扬矿系统中，进行了单颗粒、均匀颗粒和非均匀颗粒的浮游试验，观察了颗粒及颗粒群体在垂直管道中的运动状态，分析了颗粒的粒径、管壁边界条件、浓度和级配等因素对浮游速度的影响，得出了单颗粒和均匀颗粒在垂直管中的浮游速度经验公式。关键词：水

2、力提升；固液两相流；浮游运动；边界条件中圈分类号：TD857文献标识码：A文章编号：0253—6099(2010)04—0009—05StudyonMovementRuleforFloatingParticlesandParticleSwarminHydraulicLiftingCHENGuang—guo，YANGNing，TANGDa—sheng，JINXing，XIAOHong(StateKeyLaboratoryofExploitationandUtilizationofDeep—seaMineralResources，ChangshaResea

3、rchInstituteofMin—ing&Metallurgy，Changsha410012，Hunan，China)Abstract：Testswererespectivelyconductedonthefloatingofsingleparticle，uniformandnon—uniformparticleswarminanindoorliftingsystemwithapipeline30mhighand200mmindiameter，SOastoobservethemovementofparticleandparticleswarminve

4、rticalpipeline．Byanalyzingtheinfluenceofparticlesize，pipeSboundaryconditions，concen—trationandgrainsizedistributiononthefloatingvelocity，empiricalformulaswereobtainedforthefloatingvelocityofsingleparticleanduniformparticlesintheverticalpipeline．Keywords：hydrauliclifting；solid—li

5、quidtwophaseflow；floatingmovement；boundaryconditions垂直管道水力提升是我国深海矿产资源开发领域重点研究的采矿方法。大颗粒固液两相流在深海采矿、水力输煤、陆基竖井采矿、河海疏浚、石油钻井等方向也有广泛的应用空间。动水浮游是与静水沉降对应的一种基础的固液两相相对运动形式，在垂直管道输送中，浮游运动是研究颗粒的浓度、粒径、形状等参数与流速变化关系的重要实验方法。本文在大量试验的基础上，对粒径5～50mm的单颗粒、均匀颗粒和非均匀颗粒在不同浓度和级配下的浮游速度进行了数据分析，总结出合理的提升参数，为垂直管道

6、安全、高效输送提供设计依据。1试验装置及方法浮游试验系统(图1)的管路设计包括高度30m、内径200mm的主提升管、回流管和稳压管，0．9m。的缓存水包和提升泵。供水系统包括10m水箱，内径100mm给水管，内径150mm溢流管，容积4m。的稳图1浮游试验系统装置①收稿日期：2010-03-06基金项目：中国大洋矿产资源研究开发协会专项基金资助项目(DYXM一115—04—02—02)作者简介：陈光国(1985一)，男，湖南常德人，硕士，主要从事深海采矿扬矿及管道输送技术研究。10矿冶工程第30卷压水箱和清水泵。试验采用潜水两级泵作为动力系统，用G15

7、0变频调速柜实现了对提升泵无级变频调¨吉(一)(3)速。泵以上提升管采用高4m、直径200mm透明有机Y方向：玻璃管作为测量段，玻璃管下端放置金属隔筛网，安装=·订(导)l一I(vf-vp)+·通径200mmE—magE型电磁流量计测定管道流量。单颗粒采用若干组人工模拟结核和标准玻璃球，+粒径5～50mm，经测定选用的模拟结核平均形状系数寻硎去·s，=0．9，湿密度为2000kg／m，标准玻璃球的密度为2450kg／m。均匀颗粒采用人工模拟结核，利用标准¨吉(警+g卜吉g(4)网筛筛选出5组粒径，范围分别为5～1O、15～2O、25式中F为阻力项；为附

8、加质量力；为Safman升～30、35～40、45～50mm。非均匀颗粒按照我国矿区力；F为m