检索结果-内蒙古大学图书馆

液压与气动 2023年第3期47卷 43-50页

作者：巴涵周甲伟郭小乐李冰刘晓辉华北水利水电大学机械学院河南郑州450045 长安大学工程机械学院陕西西安710064

为了明确水平转竖直弯管中粗颗粒的输送特性,在实验验证的基础上,利用计算流体力学与离散元(Computational Fluid Dynamics and Discrete Elements,cfd-dem)耦合数值模拟方法对直径2.5 mm、高3.3 mm粗颗粒在水平转竖直弯管中的输送流型... 详细信息

为了明确水平转竖直弯管中粗颗粒的输送特性,在实验验证的基础上,利用计算流体力学与离散元(Computational Fluid Dynamics and Discrete Elements,cfd-dem)耦合数值模拟方法对直径2.5 mm、高3.3 mm粗颗粒在水平转竖直弯管中的输送流型、速度、质量流量和气相压力变化进行了研究。研究表明:在起送阶段,弯管料栓具有蓄能作用,难以一次过弯的颗粒会在弯管中自发组成形态稳定的料栓,待蓄能完成后继续过弯运动;沙丘流的输送速度小、平均质量流量高,束状流的输送速度大、平均质量流量低。在稳定输送阶段,固相流型、速度、质量流量波动相对稳定,弯管段的压降和颗粒平均速度在前后半段表现出明显差异;前半段压降小、等压线波动大、颗粒平均速度快;后半段压降大、等压线波动小、颗粒平均速度慢;水平管段颗粒流型为稳定分层流,弯管段前半段颗粒流型为束装颗粒流、后半段为颗粒堆积分层流,垂直管段颗粒流型随管道延伸在向悬浮流发展。

关键词：弯管粗颗粒气力输送 cfd-dem数值模拟气固两相流

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岩溶坡面土壤地下漏失过程模拟研究

引用

岩土工程学报 2023年第S01期45卷 166-170页

作者：刘琦邓大鹏鲁克文同济大学土木工程学院地下建筑与工程系上海200092 岩土及地下工程教育部重点实验室(同济大学) 上海200092 上海市地矿工程勘察(集团)有限公司上海200436

西南喀斯特地区石漠化现象严重,其独特的地表地下二元水文地质结构导致了表层岩溶带水土流失不仅表现为坡面水土流失,同时还存在水土向地下漏失的现象。为揭示岩溶坡面土壤地下漏失过程的规律和机理,利用物理模拟试验和cfd-dem数值模拟... 详细信息

西南喀斯特地区石漠化现象严重,其独特的地表地下二元水文地质结构导致了表层岩溶带水土流失不仅表现为坡面水土流失,同时还存在水土向地下漏失的现象。为揭示岩溶坡面土壤地下漏失过程的规律和机理,利用物理模拟试验和cfd-dem数值模拟相结合的方法,分析坡面土壤地下漏失的过程中土壤颗粒运移规律和特征。研究结果表明随着降雨的历程,坡面不同层位的土壤颗粒运移速度由坡顶到坡底逐渐增大的趋势转变为整个坡面土壤颗粒运移速度趋于一致,从剖面上看,土壤颗粒运移速度从降雨初期的表层>中层>底层转变为降雨后期的速度趋于一致;随着降雨历程,坡面土壤由地表流失出口和地下漏失口率先侵蚀,随后坡面形成侵蚀细沟并加剧侵蚀最终发展到坡面整体滑移的过程;随着降雨的进行,坡面颗粒与坡面的接触数先显著降低后小幅增大,裂隙口下缘的颗粒与坡面接触数逐渐增大;此外,在降雨过程中,坡面上的颗粒与坡面在Y方向的接触力整体上始终较小,表明降雨过程中颗粒与坡面的相互作用力较弱。

关键词：石漠化模拟试验 cfd-dem数值模拟土壤漏失

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气幕阻隔与负压引导作用下抓斗卸料高效抑尘机理研究

气幕阻隔与负压引导作用下抓斗卸料高效抑尘机理研究

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作者：张汉中太原科技大学

学位级别：博士

抓斗被极其广泛地应用于港口、火电厂、粮库等场所装卸和转运矿石、煤炭、粮食等大宗散料,由于散料中固有的粉状和微细颗粒,很容易扩散到空气中形成聚集性扩散粉尘,由此带来散逸扬尘环境污染和资源浪费问题,影响抓斗的使用寿命,甚至造... 详细信息

抓斗被极其广泛地应用于港口、火电厂、粮库等场所装卸和转运矿石、煤炭、粮食等大宗散料,由于散料中固有的粉状和微细颗粒,很容易扩散到空气中形成聚集性扩散粉尘,由此带来散逸扬尘环境污染和资源浪费问题,影响抓斗的使用寿命,甚至造成粉尘爆炸引起重大损失。现有研究中多从散料的自由下落研究,并未从抓斗卸料的变流量、变断面特性出发研究散逸扬尘流场特性,而且粉尘产生环境的多样性和多变性,与散料特性、卸料区域空气流场特性、卸料设备等因素相关,属于多变量工况下的复杂流场,目前研究中缺乏有效的抑尘手段及其相关研究机理,治理成效不明显。因此,本文研究抓斗卸料时的粉尘治理问题,在诱导气流主导的开放空间造成散逸扬尘流场特性研究的基础上,构建气幕阻隔与散逸扬尘耦合流场,并与料斗形成隔尘空间,防止粉尘外溢;在此基础上构建负压引导流场,最终形成多流场耦合的压力梯度导向抑尘流场,达到高效控制粉尘、引导粉尘有序沉降的目标,这是一个典型的湍流动力学和颗粒运动学结合的气固两相流综合理论研究。主要研究成果如下: 得到开放空间中抓斗卸料散逸扬尘的流场特性。首先通过推导粉尘颗粒的微观受力及运动方程,建立粉尘的悬浮速度和诱导气流量理论模型,并结合正交试验方法对卸料过程产尘量的影响因素进行分析,得到产尘量影响大小及变化趋势。然后通过构建抓斗卸料实验模型和测量系统,比较卸料过程中扬尘扩散范围、扩散速度和方向、沉降时间,以及粉尘浓度和诱导风速变化规律。最后,通过采用cfd-dem耦合建模仿真方法,建立粉尘的DPM模型,进一步得到诱导气流和粉尘的分布及扩散规律,为控制和引导粉尘有序沉降奠定了基础。设计研究抓斗卸料过程中的空间气幕射流阻隔系统。首先通过研究气幕射流理论与隔尘机理,针对抓斗卸料工况设计空间气幕射流阻隔系统,通过气幕射流首尾相连形成封闭空间,构建气幕阻隔流场。然后采用实验和cfd数值模拟方法对不同气幕射流方式、射流口宽度、气幕射流速度和诱导风速度下气幕的阻隔性能进行分析。最后对空间气幕射流阻隔系统中的关键部件——气幕发生装置进行设计,研究气柱直径、导叶间距、送气槽长度和导叶偏转角对气幕射流的均匀性、扩散性及偏斜性的影响机制,并探明对不同横向干扰风速下气幕的阻隔性能。设计研究抓斗卸料过程中的负压引导降尘系统。在气幕阻隔流场的基础上,为了形成粉尘有序沉降的压力梯度导向抑尘流场,需要构建负压引导流场,使其流场强度大于扬尘复合流场强度。结合料斗与空间气幕的结构和性能特点,合理布置吸气罩的形式和位置,并使用流量比法,得到卸料过程的负压吸气量随时间的变化关系式,结合散逸扬尘气流分布规律,可以针对不同散料选择合适的吸气量,从而得到负压引导降尘系统的设计方法。构建气幕阻隔与负压引导综合实验抑尘系统。首先通过建立气幕阻隔与负压引导系统模型,设计实验测量系统及控制系统,进行气幕阻隔与负压引导综合实验系统的搭建。然后针对气幕阻隔单独作用以及气幕阻隔与负压引导共同作用两种工况进行分析,分析不同气幕射流角度、弧形导流板、气幕射流速度、气幕布置下的抑尘性能。最后结合开放空间抓斗卸料工况下的流场特性,进行三种不同工况下粉尘扩散量的对比,得到适合不同散料的最佳抑尘结构与设计参数,证明该抑尘系统能够高效抑尘。本文对开放空间散逸扬尘流场、气幕阻隔流场、负压引导流场和压力梯度导向抑尘流场的形成和作用机理进行深入的研究,探索应用极为广泛的抓斗装卸散料时的抑尘问题,从而构建高效的抑尘系统方案,促进抓斗卸料抑尘理论和技术的发展与完善。

关键词：抓斗卸料高效抑尘 cfd-dem数值模拟气幕阻隔气固两相流场

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基于椭圆振动的颗粒分散特性研究及摇选过程调控

基于椭圆振动的颗粒分散特性研究及摇选过程调控

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作者：蔡涛江西理工大学

学位级别：硕士

金属矿物作为众多行业如冶金、陶瓷、化工和机械等的基础原材料,其应用极为广泛。在重力选矿技术中,摇床选矿凭借其环境友好、低能耗和设备简易的特点,成为了一种传统的精选技术,并得到了广泛的采用。随着国内基础设施建设的迅猛发展,... 详细信息

金属矿物作为众多行业如冶金、陶瓷、化工和机械等的基础原材料,其应用极为广泛。在重力选矿技术中,摇床选矿凭借其环境友好、低能耗和设备简易的特点,成为了一种传统的精选技术,并得到了广泛的采用。随着国内基础设施建设的迅猛发展,对矿物资源的需求持续增长,这进一步要求选矿技术在效率和粒度方面需要不断进行创新。本研究以6-S摇床作为目标对象,通过建立模型并求解推导、基于建立的模型进行数值模拟、设计仿真实验并对结果进行分析的方法做出以下内容:对6-S摇床的床面添加振动形成椭圆的运动轨迹构建并求解椭圆振动作用的分散力模型;利用cfd-dem方法对矿物颗粒在6-S摇床床面上的分散过程进行耦合仿真,分析了不同工艺参数对摇选仿真结果的影响,以及椭圆振动参数与床面运动参数的最优匹配;建立出两个评价指标的预测模型对结果进行预测,并与仿真结果的数据进行对比,确认建立的预测模型的准确性,也证明了耦合仿真在重选中是有效的。论文的主要研究结果: (1)对床面添加振动后构建并求解椭圆振动作用的分散力模型,揭示了物理参数和实际操作参数与颗粒在选矿床面中的运动特性以及分选效率存在一定联系。构建了基于床面椭圆振动的分选模型,从理论上能够完成对颗粒群的分选。这些理论为操作参数的优化以及对后续要对床面进行分选过程的数值模拟提供了支撑。 (2)在添加椭圆振动的摇选物理模型基础上基于cfd-dem耦合方法,本研究深入探讨并揭示了矿物颗粒在分选床面上的体积浓度微观分布,以及不同比重的矿物颗粒在复合力场中的动态分选规律为比重较大的重颗粒倾向于向精矿端移动并集中,而比重较小的轻颗粒则主要分布在尾矿端。 (3)在对6-S选矿摇床完成仿真模型的建立后,通过cfd-dem耦合方法进行了单一变量的操作参数模拟实验。分析发现,随着各个分选参数的增大,评价指标品位和回收率先是提高然后降低。因此确定了最佳的工艺参数组合。 (4)以分选参数为自变量,以品位和回收率为因变量构建了一个选矿效果预测模型。通过比较品位和回收率的预测值与仿真值,确认了预测模型的准确性,验证了cfd-dem耦合技术在6-S摇床分选过程的有效性,可为矿物高效分选摇床的研制提供技术支撑。根据上述研究结果可知,本研究有助于深入分析选矿过程中矿物分选机理,对改善摇床分选效率有着重要意义。

关键词： 6-S摇床椭圆振动 cfd-dem数值模拟分选效果响应曲面

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管道流体粗颗粒水力输送的研究进展

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中国农村水利水电 2022年第10期 182-189页

作者：赵亮亮来志强王仲梅王丽梅潘丽华北水利水电大学土木与交通学院河南郑州450045 黄河水利委员会黄河水利科学研究院河南郑州450099 水利部黄河下游河道与河口治理重点实验室河南郑州450046 河南省黄河流域生态环境保护与修复重点实验室河南郑州450008

管道输送技术应用时粒径约为毫米级甚至厘米级的粗颗粒不可避免地进入管道,增大管流能量损失,降低管道输送效率,同时易在管道内淤积,威胁管道输送安全。研究管道流体粗颗粒水力输送对于改善管道输送效率与安全非常重要。结合国内外研究... 详细信息

管道输送技术应用时粒径约为毫米级甚至厘米级的粗颗粒不可避免地进入管道,增大管流能量损失,降低管道输送效率,同时易在管道内淤积,威胁管道输送安全。研究管道流体粗颗粒水力输送对于改善管道输送效率与安全非常重要。结合国内外研究最新动态,对管道流体粗颗粒运动的基本理论、物理试验研究、流体固体互馈机理和数值模拟等进行了总结和概述,重点对管流中粗颗粒推移与沉降运动特性的物理试验研究、流体-固体耦合cfd-dem数值模拟研究进行了分析。综观当前研究成果,理论方程关键参数演化规律、管道含沙水流粗颗粒运动机理、复杂颗粒形状模拟、数值模拟参数测定、柔性管道边界条件影响、黏性可破碎粗颗粒输送规律、流体与固体能量演化内联机制以及数值模拟时高精度湍流模型的应用将是这一领域的未来研究重点。

关键词：管道输送粗颗粒运动水力输送固液两相流 cfd-dem数值模拟

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激光熔覆送粉器粉末流动特性研究

激光熔覆送粉器粉末流动特性研究

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作者：范启龙大连海事大学

学位级别：硕士

激光熔覆作为一种先进材料表面改性技术,已广泛应用于航空航天,船舶,汽车等领域。送粉系统是激光熔覆系统中的重要组成部分,粉末颗粒的流动特性是影响送粉系统效率、精度的关键因素,本文针对送粉系统中同轴送粉喷嘴气粉流汇聚性差和微... 详细信息

激光熔覆作为一种先进材料表面改性技术,已广泛应用于航空航天,船舶,汽车等领域。送粉系统是激光熔覆系统中的重要组成部分,粉末颗粒的流动特性是影响送粉系统效率、精度的关键因素,本文针对送粉系统中同轴送粉喷嘴气粉流汇聚性差和微米级颗粒在细管中流动特性研究不足等问题,采用cfd-dem耦合数值模拟方法对粉末颗粒在送粉管路和同轴送粉喷嘴中的流动特性进行仿真模拟,研究送粉工艺参数、粉末物性参数和管的结构参数对粉末流场的影响,并对同轴送粉喷嘴气粉流汇聚性进行影响因素分析和参数优化,通过CCD相机拍摄和激光熔覆试验对仿真结果进行验证。不同工艺参数条件下粉末流动特性模拟分析发现,粉末在流经弯管时存在的“颗粒束”和“二次流”等现象;粉末与管壁一次碰撞极角为13°～18°,二次碰撞极角为43°～48°,但弯径比增加将导致碰撞极角减小;气相压降与粉末粒度、管径呈负相关,与送粉量、载气流量、弯径比呈正相关,与粉末密度不相关;颗粒速度随粉末粒度、粉末密度、管径增大而减小,随载气流量增大而增大,而载气流量增加也会引起二次流速度和气相湍动能增大;颗粒碰撞主要发生在弯管段,颗粒碰撞次数越高代表颗粒能量损失越严重;在粉末输送过程中,为避免引起粉末沉积和能耗损失严重等问题,参数选取范围应满足载气流量高于9L/min,送粉量低于25g/min和粉末粒度低于100目的条件。分析载气流量、送粉量、粉末粒度和粉末密度对气粉流粉末浓度分布的影响规律表明,在汇聚平面X方向,粉末浓度分布近似呈现高斯分布,载气流量增加导致喷嘴中轴线Y方向的粉末浓度降低且降低趋势逐渐平缓,同时也会引起粉末焦距降低;随着送粉量增加,沿喷嘴中轴线Y方向和汇聚平面X方向的粉末浓度均增大,且增大速率基本相似;粉末粒度和粉末密度的增大均将导致粉末浓度升高,但粉末粒度在100目-150目时,粉末焦距与粉末粒度呈正相关,在150目-250目时,粉末焦距与粉末粒度呈负相关。采用响应面法和Box-Behnken试验设计方法建立了同轴送粉喷嘴气粉流预测模型,并根据单因素平面关系图和多因素三维交互影响关系图直观的体现了工艺参数对响应量的显著影响;利用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对气粉流汇聚性进行了参数优化,优化结果为:载气流量12.6L/min,送粉量19.20g/min,粉末粒度150目,焦点直径3.68mm,发散角6.40°,焦点平均浓度5.74kg/m,根据优化结果进行仿真试验,仿真试验值与模型预测值误差低于5%。粉末输送过程CCD相机拍摄图像分析表明,粉末流形拍摄图像与仿真粉末流场形相似度较高,验证了数学模型准确性;通过进行Q235表面激光熔覆304不锈钢涂层试验发现,采用优化后的送粉参数较优化前粉末焦点直径降低了9.15%、发散角降低了16.28%,试验结果与仿真试验结果相近(误差小于10%),采用优化后送粉参数进行激光熔覆后可获得稀释率为12.71%、宽高比为4.6的理想熔覆层,表明送粉参数优化后可提升同轴送粉喷嘴送粉性能,改善熔覆层质量。

关键词：激光熔覆送粉参数粉末流动特性气粉流汇聚性 cfd-dem数值模拟

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岩溶坡面土壤地下漏失过程模拟研究

岩溶坡面土壤地下漏失过程模拟研究

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第30届全国土工测试学术研讨会

作者：刘琦邓大鹏鲁克文同济大学土木工程学院地下建筑与工程系上海 200092 岩土及地下工程教育部重点实验室(同济大学) 上海 200092 同济大学土木工程学院地下建筑与工程系上海 200092 上海市地矿工程勘察(集团)有限公司上海 200436

西南喀斯特地区石漠化现象严重，其独特的地表地下二元水文地质结构导致了表层岩溶带水土流失不仅表现为坡面水土流失，同时还存在水土向地下漏失的现象。为揭示岩溶坡面土壤地下漏失过程的规律和机理，利用物理模拟试验和cfd-dem数值... 详细信息

西南喀斯特地区石漠化现象严重，其独特的地表地下二元水文地质结构导致了表层岩溶带水土流失不仅表现为坡面水土流失，同时还存在水土向地下漏失的现象。为揭示岩溶坡面土壤地下漏失过程的规律和机理，利用物理模拟试验和cfd-dem数值模拟相结合的方法，分析坡面土壤地下漏失的过程中土壤颗粒运移规律和特征。研究结果表明随着降雨的历程，坡面不同层位的土壤颗粒运移速度由坡顶到坡底逐渐增大的趋势转变为整个坡面土壤颗粒运移速度趋于一致，从剖面上看，土壤颗粒运移速度从降雨初期的表层>中层>底层转变为降雨后期的速度趋于一致;随着降雨历程，坡面土壤由地表流失出口和地下漏失口率先侵蚀，随后坡面形成侵蚀细沟并加剧侵蚀最终发展到坡面整体滑移的过程;随着降雨的进行，坡面颗粒与坡面的接触数先显著降低后小幅增大，裂隙口下缘的颗粒与坡面接触数逐渐增大;此外，在降雨过程中，坡面上的颗粒与坡面在Y方向的接触力整体上始终较小，表明降雨过程中颗粒与坡面的相互作用力较弱。

关键词：石漠化模拟试验 cfd-dem数值模拟土壤漏失

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