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导流条安放角对筒装料管道水力输送特性影响的试验研究

路明  
【摘要】: 筒装料的管道水力输送是一种洁净环保高效的水力输送方式,它具有纯料输送、没有脱水工序而占地少和无污染、能耗小、固体和液体物料均可输送、用水少等优点,是一种有利于我国国民经济可持续发展的新型管道水力输送方式。该输送方式不同于传统的浆体管道水力输送,又和普通的型料平直流管道水力输送有很大区别,是一种新兴的极有前途的科学技术,因而具有广阔的应用前景,对筒装料管道水力输送的研究具有重大的理论价值和实际意义。 本论文内容结合国家自然科学基金项目“筒装料管道水力输送的水力特性研究”(50579044),采用理论分析与模型试验相结合的技术路线,就导流条对筒装料管道水力输送特性的影响进行了研究。研究的主要内容及成果如下: 1.依据管道车周向运动特性,在分析管道车周向受力的基础上,从理论上建立了管道车周向旋转角速度的表达式,讨论了导流条安放角对旋转角速度的影响。研究表明:管道车旋转角速度大小与导流条安放角、导流条个数、导流条高度、导流条长度、筒装料比重以及管道车规格等参数密切相关。在单参数变化情况下,旋转角速度与导流条安放角、导流条个数、导流条高度表现出正相关关系。管道车若发生周向旋转,导流条结构参数的组合值必须大于某一临界值,该临界值与管道车形状及筒装料比重有关。 2.基于水力学理论和管道车在管道内的运动特性,建立了管道车运动方程及环隙流的连续性方程,定性分析了管道车运动过程中环隙流轴向和周向流速分布的特点。从环隙流连续性方程看出管道车轴向运动速度与环状缝隙流轴向平均速度呈负相关。 3.管道车上导流条的安装使管道车在发生轴向运动的同时产生周向旋转运动。在物理模型试验中,以气泡作为示踪介质,对管道车旋转引起的非恒定螺旋流的扰动范围进行了测试,初步得到了非恒定螺旋流的显著影响范围。 4.设计管道试验系统,并加工管道车模型,试验并测试了管道车旋转角速度、轴向运行速度、管道车压力损失及管道车运行时对下游压力的影响,对物理模型得到的数据进行分析研究,得到一定结论。导流条安放角是影响筒装料管道水力输送压力损失的一个主要因素,较低的系统能耗应存在一个合理的导流条安放角取值范围。具有一定弯曲角度的导流条是管道车发生周向旋转的主导因素,在流量一定的情况下较大的安放角能使管道车产生较大的旋转角速度。此外,导流条也是影响管道车轴向运行速度的一个重要因素,但轴向车速受其他因素的影响也比较明显。试验数据还表明,在管道车下游一定范围内产生了非恒定螺旋流,受非恒定螺旋流的影响,管道车前端较近的测点压强体现出随机性,个别测压管的水头因受局部强烈的紊动而表现出大于无管道车时测压管水头的现象;较远的测点压强呈现规律的压力衰减特性,且有车时测点的测压管水头均低于无车时的测压管水头。 5.依据数理统计理论,对压力损失的影响参数进行了敏感性分析,得到相应的主要影响因素的影响程度,在环状缝隙宽度B、导流条安放角θ、筒装料容重γ及水流流速ν四项参数当中,其对压力损失影响的主次关系为:B>θ>γ>ν。此外,以相对于管流流速的较大管道车运行速度、较小的压力损失和较重输送荷载为目标,采用多指标试验分析方法对管道车结构参数进行了初步优化,优化方案将为筒装料管道水力输送的进一步研究提供有益的参考。 本文的研究工作将为确定筒装料管道水力输送的技术要素提供依据,研究结果对筒装料管道水力输送的进一步研究具有重要的价值。


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