根据充填矿浆特性及流动状况选择压力损失的预测方法.pdf

， 袱 ， 缀 嚣 ∥ ≯ ／ 一 根据充填矿浆特性及 流动状况 ． 选择 压力损失 的预测方法 0 ． k ＼ [ D 3 Ri a d h Bo u z a i e n e F e r r i P ． Ha s s a n i 敖 兰 [ 摘要 ] 本文 介绍了选 择束平管道内矿浆流的 压力 损失瑗铡方 法． 舡连了 给定燕遮 体I 盎 度和 1 前言 用管道水力输送固体粒料是 采 、 选工 业的一个主要组成部分 。无论目的是把矿 石输 送到选 矿厂 ，或是使用选矿尾砂作为 充填料 ， 都需要完善 的设计 ， 并考虑到经 济 的水力输送方法 ． 本 文的 组成是 麦吉 尔大 学正 在 进行 的 研究工作 包括为总体矿山废物处置 的优化 和开发技术 的一部分 ．固一液混合料输送 的主要事务之一是事先知道需要施加的泵 送动力 。该动力所需能量要求与管理系统 所产生 的压力损失成 比例 ，明白该压力损 失源并 预测其大小 ，才能使该系统的设计 者有根有据地决定有关水力输送的最优模 型 ， 以满足整个作业的需要 。 本文是周一 液复合流文献 中碰到的压 力损 失预测 方法 作 选择 的 尝试 ．尽 管从大 量的出版物看到的8 0 余年浆体输送领域的 研究 状况 ． 但要正确确定适合于给定矿浆 的预测方法往往有困难 这部分地导致了 矿浆口 体力学上的特有复杂性， 也导致了试 验 中的流动方式特性的不确定性 。 本文的研究使用三个基本参数 ，即 流速 、固体浓度和粒径 具有一定 比重的固 体颗粒 ， 来表征浆体和流动状况 ， 并同一 个恰当的压力损失的预测方法捧对照 ．对 于流速 ，固体浓度和粒度的每一 个组合 ， 介绍 了其最普遍的流动状况和涉及到的某 些 已知方法 ，并铪 出 了上述 参数 高 、 低 等级的定性定义 ， 作为本文出现的选 择图表的指 南 ． 2 浆体及 其流 动特性 浆体一般分为沉降性和非沉降性 ． 沉 降性浆体可按下列流动方式之一输送 伪均质 非均质 跳跃运动 移动床 这些浆体都有一个特征压力降一 流速 曲线 ， 如 图1 所示 。 智 晕 出 童童 f 对t 图1 水平管道矿浆压力梯度与流速关系 一 2 2 一 有色r山 l 9 9 3 ． 4 维普资讯 除滑动床外 ． 紊 动和浮力是这些流动 方式共同的悬浮机理 。流速通常由该流动 上游的有效压头来控制 。控制沉降的主要 因 素 是 固体 颗 粒 的 比重 ，颗 粒 大 小 和 流 相 ， 浆体的体积浓度及流动的紊动程度 。 对无相互作用的球形颗粒垂落在层流 区水 中 的 最 大 粒 径 ．认 为 符 合 斯 托 克 定 律 a 一 c 啬 ⋯ ⋯ ㈣ 。 。 一 ‘而 ⋯ ⋯ 对于大多数浆体 ，由于颗粒相互作用 使沉 降速度 受 阻 ，可认 为d 是 细 颗粒 顶 点粒径 的近 似上 限 。 d 与 固体 比重 的关 系如 图2。以颗 粒 大 小的作 用划 分流 动方式 的尝试 已进行 过 ， Du r a n d 和 C0 n d o l i o s 计 算 了比重 为2 ． 6 5 的砂 的水力输送工况后 ，给出了如 下分类 - d l， b0 d 幂 律流 n 1， b0 f 牛顿体 n 1， b0 应用以非沉淀性 胶体 悬浮体为物征 的最普遍的流变模型是宾汉塑性体 、幂律 模型 ， 或把二者结台起来 ，已知的有He r ． s c h e 1 一一 Bu 1 k 1 e y 模 型 屈服 伪塑性模 型；不过后者 较少应用 ，因为它 需要铡试 三个实验性参数 ，这当然是与前两种模型 正好两个参数相 比而言 。 瓦斯普等认为 ，在层流区应用幂律模 型较简单 ，因为当应用Do d g e 和Me t z n e r 归纳法对 ， 幂律模型给出的关系为单一关 系 见图7 ． 一 2 6 一 右色矿山 1 9 9 3 4 维普资讯 赫 瞄 盈 譬 掣 -诺敷， N。 ’ V 图7 幂律模型计算图 相反 ．宾汉塑性模型在紊流区可能具 优 越性 ，因为使 用 了一个 简 单关 系 与赫德 斯 托姆 方法相 结合 ，见 图8．而 且 。宾汉 塑 性模型 应 用 了物 理上 的曼 宁参数 诸如 屈 服 应力 t 和 刚度系 数 ．并 与某 些具 双 重意义的流体稠度指数 n 和幂律模型的流 动状态指 数 K 作 了对 比 ． 对这些模型的较详细应用可见于瓦斯 普等的文章中 ． 宾趣-诺散t 图8 宾汉塑性模型计算图 n高流速／ 低浓度／ 细颗粒 这是一个均质 流状况 ．复合体在牛顿 流范 围起着一 个均 匀 流的作 用 ，其 比重 为 S 1 C S ． 一1 ⋯⋯⋯⋯． 2 0 Dar c y w e i s bac h方 程 适 用 于 从 M o o d y 围的紊 流 区获得摩 阻系数 。或者从 Ch t t r c h i n 研 究的显 函方 程计算来获 得层流 到紊 流 区的牛顿 阻力 系数 ．该 显 函方 程如 下 i 8 ‘ ⋯ ’ _ _ 2 1 式 中 A ． 4 5 ⋯ o -磕 ．．2 2 B ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ． 2 3 如果复舍体是以非牛顿流为特征 ， 则 前节 情形6 的方法也 许是适 合 的 ，但要特 别注意阻力系数的确定 。 8 高流速／ 高浓度／ 细颗粒 这 种 情形 下 的压力 损 失 可 由Da r c y We i s b a c h 方 程获得 ．在此重 申 ． 难度 在于 计算阻力系数 ．高周体浓度 ． 伴随高切变 率 由于高流速引起的 可能导致一个膨胀 流变特性的剪 切增稠工况 ．这种情形能最 终致管道 堵塞 。即使 不存在剪切增 稠工 况 ． 预计阻力损失在实际 中始终太高 ， 对 这种 现象可 髓 的解释 是高 流速 趋 向于动 摇 管道壁附近 的润滑层 ． 在管壁和移动颗粒 心部引起正 向应力 ．但 这种假设 尚得验 证 。 9 复合流系统 分析复合 流的某些主要文集 ，可能起 源有二 ．一是源于瓦斯普理论 ． 它引人了 。 二相流介质 的概念 ． 后来 由汉克斯发展 为包括有 非牛顿运载流体介质的影响 ．二 是源于W“ i l s o n 理论 ． 它引人 了一个机械分 层 流动模 型 ．由一个 滑动 床 区段 和一 个悬 浮 区段 组 成 ．这个 方法 后来 由La z a r u s 发 展 ， 并应用到包 括了宽阔的粒径分布系统 上 ． 根据了 E 填矿蕈 争 性丑藏曲状况盏鼻压力损失的曩禹方法一R i a d h B u 工 a i 曲e 一 2 7 维普资讯 两 种研 究 之 间最显 著的不 同是 在 预 测悬浮粗颗粒的压力损失时 ．瓦斯普一汉 克斯方法仍然依赖于Du r a n d 经验方程 ． 汉 克斯使用 了流变学技术来预铡运载流体的 非 牛 顿工 况 对 总 压 办损 失 的影 响 ；而W i ． 1 s o n -- La z a r us 的探 索 开发 了来 自机 械 第 一 原理 的压力梯 度 的 自身预测 ． 两种研究各有其优点和局限性 瓦斯 普一 汉克斯方法似乎适台于相对高的流速 和低浓度 ．且有足够量的细砂 ． 起着输送 楹颗粒 的载体作用 。 L a z a r u s 依据实验 评 价了他 的方法 以后 ，推 断他 的关 系在低 和 中等 浓 度 时 比高 浓 度 时 预 测 结 果 更 好 Wi l s o n 的浓 相 d e n s e - - - p h a s e 研 究将适 合 于高浓度 ， 尽管在一个宽阏的粒径分布情 况下 ， 对这一方法已作过系统评价 3 结论 从 某 些 压力 损 失 预测 方法 的定 性 评价 出发 ， 可推断流速 、固体浓度和粒度 ． 初 步划分考 虑中的流动情形 ．本文中碰到的 理论 和 概念 ，当与 流动情 形有 关 时 ．一起 作 了简 短介 绍 ． 大多数方法的半经验属性表明 ． 需要 。 好的 实验数据强化 ，来评价其确切性和 应用范围 。如此数据 只能来 自完善的设计 和仔细进行的环管试验 从流变学观点得 到的浆体特性 ， 在非沉淀性浆体的压力损 失预 测方法 研究 上有 重要 作 用 。同样 ．固 体 颗 粒和管 壁之 间的 机 械摩 擦 阻力 的 准确 测定依 赖 于 固体浓 度和 其 它参 数 ．需要 进 一 步试 验 ． 虽 然在 浆体 输送 领 域 已取得 很 多重 大 成果 ，而更多的研究和探索仍需要涉及到 散 装 物料输 送 工业 的 各个 领域 里呈现 的 日 益增长 的特殊情 况 ． 术语表 V流速 ； 8 固体颗粒 比重 D 管 道 直 径 d；平 均 粒径 密 度 ；C。 阻 力 系数 ；C体 积 浓度 ；i 水 头 损 失 g 一 重 力加 速 度 ；L管 道 长 度 ；R． 雷诺数 ； 口 滑动床界面角 运动粘 度 ． 参考文献 略 李丛 奎译 自CI M BULLETI N 1 9 9 2 ， 4 6 36 8 ． 魏孔章校 责任编辑王家骧 』 接第5 3 页 生倾斜 ． 中国有色金 属工业 总公司西安勘察院 1 9 8 9 年 l 0 月提供的 山东铝厂赤泥堆坝稳 定性分析岩土工程勘察报告书指出 ；赤 泥 堆积 坝 经 过3 0 余 年 的排 放堆积 ，目前 已 形成高 度为3 8 m ，坡度为 4 5 ～5 0。的堆积 坝 ， 经坝体稳定性验算和现场的综合调查 研究分析 ，现有的堆积坝体总体上是稳定 的 。 责任编辑李怀先 一 2 8 一 有色矿山一l 姻3 维普资讯