复杂地形条件下固体物料的长距离管道输送机理及应用研究

This project aims at the requirement of hydraulic transportation engineering application under the unsteady flow of the long-distance mining transporting system with complex landform conditions,based on which we carry out the experiments and theoretical research.The unsteady flow of the long-distance mining simulation system is built on the consideration of the complex landform conditions.Using the experiments to analyse space forms and dynamic characteristics,research the hydrodynamic characteristics of solid materials in the transporting system as well as the pressure change along with the relationship between affecting factors.Also,we explore transport characteristics in the unsteady flow of mining transport system under the complex landform conditions.Depending on the research achievements,we set up the model of solid-liquid interaction mechanism in the unsteady flow of long-distance transport pipeline under the complex landform conditions, and optimize the save transporting of solid materials calculation method and condition in long-distance transportation

本项目以复杂地形条件下，固体物料的长距离管道输送工程技术需求为应用背景，通过试验研究和理论分析相结合的方法，建立复杂地形条件下固体物料长距离管道输送的模拟试验系统，完成复杂空间形态管道中固体物料处于加速流、减速流和水击状态下的水力输送模拟试验。通过试验研究固体物料在复杂空间形态管道中的水动力学特性，沿程压力变化与影响因素间的关系，揭示在复杂地形条件下，固液两相在非恒定流状态下的输送工作特性等。基于上述试验研究成果，建立复杂地形条件下固体物料长距离管道输送时非恒定流状态下固液两相的相互作用机理，优化了固体物料长距离安全高效输送的计算方法和条件。

管道水力输送是一种以液体(通常为水)作为载体通过管道输送固体物料的运输方式。作为一种新型的运输方式，管道输送技术以其无污染、节省能源、运输不受天气影响、运输量大等优点在深海采矿、水力输煤、尾矿回填等工程领域得到了广泛的应用，且许多工程领域由于工业需要或者输送条件限制不得不采用粗颗粒输送，出现多次堵管事故甚至发生水击等工程事故，究其原因在于粗颗粒水力输送特性研究尚不充分。.本项目针对复杂地形条件下非均匀粗颗粒的长距离管道输送为应用背景，通过试验研究和理论分析相结合的方法，建立复杂地形条件下固体物料长距离管道输送的试验系统。通过试验研究非均匀粗颗粒在复杂空间形态管道中的水动力学特性，沿程压力变化与影响因素间的关系，揭示粗颗粒在非恒定流状态下的输送工作特性等，建立复杂地形条件下固体物料长距离管道输送时非恒定流状态下固液两相的相互作用机理，优化了固体物料长距离安全高效输送的计算方法和条件。.根据研究计划，本项目的重要结果及其科学意义如下：.1）开展了粗颗粒在倾斜管道中输送特性研究。随着倾角的增加，粗颗粒出现同一运动状态的临界流速也越大；针对不同倾角，当2.2≤v≤2.5m/s 时的输送速度即为粗颗粒最佳输送速度，此时粗颗粒以连续式推移运动状态；以v=2.7m/s为分界线，当小于这一速度时，倾角对阻力损失的影响较大，随着倾角的增加，同一流速条件下，阻力损失越大，当大于这一速度时，倾角对阻力损失的影响变小，这主要是由于水流中大尺度紊动的影响。.2）开展了粗颗粒沿程阻力的影响因素，利用管道附加损失与福氏数建立了管道阻力损失与颗粒运动状态间的定量关系，可将附加损失作为粗颗粒在水平管道水力输送条件下流态分区的判定标准，并给出了非均匀粗颗粒管道输送沿程压力的计算公式。.3）开展了粗颗粒在垂直管道中堵管高度、单位长度的压差、颗粒粒径与平均输送速度之间的变化规律，提出垂直管道堵塞条件下应急措施。.4）开展了粗颗粒水击试验系统，采用粒子图像测速技术研究了三种工况水击过程中管道横断面的流速分布过程及其计算方法；研究了不同粒径和输送速度条件下，水击发生时粗颗粒的在管道中跟随性(用于表征粗颗粒的运动特点)以及水击压力的变化规律。.上述研究成果不仅为粗颗粒管道输送工程设计提供依据，还丰富了固液多相流体动力学和管道输沙理论体系，在工程应用和学术研究方面具有重要的意义。