长距离大U型管道高浓度铁精矿浆输送特征机理的研究

本项目围绕我国西部复杂地形铁精矿运输的迫切需求，着力解决长距离、大U型、高落差地形下高浓度铁精矿浆管道输送特征机理研究难题。项目以世界上最复杂的铁精矿输送管道- - 云南大红山管道为对象，基于已有的固液两相流恒定流模型，以堵管、加速流、振动等重要现象为切入点，深入开展机理研究；再辅以用多元统计、数据挖掘和特征提取等信息技术，对实验和生产数据进行处理，获得不同工况下的初始条件及边界条件，建立复杂地形高浓度固液两相流非恒定流沿程阻力、坡降计算修正模型。然后以该模型为基础，研究加速流的成因及预防；研究水、沙离析的机理，揭示淤堵规律；研究矿浆输送特征及流动机理，定量分析流速、压力、浓度、级配等运行参数对管道沿程阻力、堵管、加速流的影响。最终获得长距离大U型高浓度铁精矿浆体管道输送特征机理，将对复杂地形长距离铁精矿管道输送提供可靠的理论保证和技术支持。

本项目以云南大红山铁精矿输送管道为研究对象，结合生产工艺、现场数据和机器学习的方法对已有固液两相流的阻力损失计算模型进行修正，得到更符合实际的阻力计算模型。搭建了固液两相流管道输送半物理仿真实验平台，通过分析浆体流变特性及阻力损失等，得到了复杂地形管道输送的工艺参数。研究成果在云南东川大落差铁精矿管道输送项目上得到了良好的推广应用。另外，本项目还拓展研究了管道输送关键设备故障诊断，对于管道输送的安全稳定运行具有重要作用。获得的主要成果如下：.（1）针对已有固液两相流阻力损失计算模型计算值与工艺实测值偏差较大的问题，结合生产工艺、现场数据和机器学习的方法对已有计算模型进行修正，得到了更加准确的阻力损失计算模型，丰富了管道输送阻力损失计算理论，也为复杂地形管道输送工程设计提供指导。.（2）针对大落差地形下加速流消能问题，采用管道台阶跌落消能输送方式。每级垂直跌落下设消力池，通过台阶及消力池消除大部分重力势能，有效避免了加速流的产生。该成果是对固液两相流管道输送技术的发展，实现了明渠“楼梯式”消能与“消力池”消能的有机结合。.（3）从浆体流变特性及临界淤积流速计算机理模型的角度出发，提出了最小二乘支持向量机的临界淤积流速“灰箱”拟合方法及基于悬移质能耗理论的管道水力输送临界淤积流速计算模型，完成了固液两相流浆体颗粒运动机理的基础性研究。.（4）从振动信号、声发射信号及压力信号等时域、频域及时频域分析入手，提出了局部均值分解、奇异值分解及支持向量机等相结合的故障诊断方法，完成了管道输送主泵轴承和单向阀等设备的故障诊断，为管道安全运行提供基础保障。研究成果丰富了故障诊断的理论研究，也为管道输送实时安全监控提供了理论基础。.（5）获云南省技术发明奖1项；发表论文21篇，其中SCI收录论文1篇，EI检索11篇；授权专利共计11件，其中发明专利3件。与基金合作单位共同完成矿物管道输送云南省地方标准2项。培养毕业硕士生14名。目前在读博士研究生3名，硕士研究生10名。.研究成果解决了复杂地形下固液两相流输送的沿程阻力计算、加速流抑制及管道中颗粒的流动机理研究等问题，丰富了固液两相流基础理论，对实际生产提供有益的帮助。实现了复杂地形管道输送工艺应用的良好工程示范。本项目研究为相关人才培养做出了贡献。