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粗重颗粒轻介共流气力输送机理及特性

机械工程学报 2022年第14期58卷 308-319页

作者：周甲伟上官林建许兰贵王星星李冰范以撒荆双喜华北水利水电大学机械学院郑州450045 河南理工大学机械与动力工程学院焦作454003

密相气力输送是散体物料清洁高效输送技术发展的趋势,粗重颗粒受物料属性限制难以形成稳定密相输送。提出适用于粗重颗粒密相输送的轻介共流气力输送方法,在粗重颗粒动理分析基础上对输送系统进行设计,然后从输送机理上阐明该方法较于... 详细信息

密相气力输送是散体物料清洁高效输送技术发展的趋势,粗重颗粒受物料属性限制难以形成稳定密相输送。提出适用于粗重颗粒密相输送的轻介共流气力输送方法,在粗重颗粒动理分析基础上对输送系统进行设计,然后从输送机理上阐明该方法较于传统气力输送技术的理论优势,最后采用计算流体力学-离散元(Computationalfluid dynamics-discreteelementmethod,CFD-DEM)耦合数值模拟方法,从输送流态、颗粒分布自组织行为和入口压力波动与料栓形态关联等方面研究粗重颗粒轻介共流气力输送过程的颗粒输运特性。研究表明:颗粒密度和粒径是影响轻介共流气力输送系统流态的主要因素,颗粒密度影响更为显著,轻介共流输送可形成散栓与固栓行为并存的准周期动态稳定栓流输送状态;轻介共流输送过程中,存在粗重颗粒在上、轻介颗粒在下的混合颗粒分聚自组织行为和轻细颗粒润滑混合移动颗粒床现象;入口压力波动与混合颗粒的输送流态和质量流量具有强关联,输送能效与颗粒质量流量变化图可联合估算料栓速度和长度。研究有利于拓宽气力输送适用领域,为粗重颗粒密相气力输送提供了新途径。

关键词：粗重颗粒气力输送 CFD-DEM耦合数值模拟输送特性轻介共流

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充填料浆多倾角管道输送特性及阻力损失研究

充填料浆多倾角管道输送特性及阻力损失研究

作者：孙剑大连交通大学

学位级别：硕士

管道输送是煤矿在进行煤矸石料浆充填工程时的核心环节,由于输送过程中管道系统情况极其复杂,因此为了保证输送过程安全、高效,需要对管道中料浆的运动机理进行深入的研究,对料浆的管输特性、阻力损失等相关管输性能问题进行分析解决。... 详细信息

管道输送是煤矿在进行煤矸石料浆充填工程时的核心环节,由于输送过程中管道系统情况极其复杂,因此为了保证输送过程安全、高效,需要对管道中料浆的运动机理进行深入的研究,对料浆的管输特性、阻力损失等相关管输性能问题进行分析解决。本文本文以某煤矿实际充填管路为背景,综合运用理论分析、数值模拟等手段对煤矸石充填料浆在复杂多倾角管道内输送特性及阻力损失的相关问题进行了研究,主要的工作及研究成果如下:(1)运用Fluent软件建立了实际工程背景下的煤矸石充填料浆管道输送数值模型探究其输送特性及阻力损失变化,结果表明:料浆入口流速越大,各局部弯管出口截面流速梯度随之扩大,且150mm管径与其余两管径相对比梯度差较小,即流动过程较为稳定,各管径下入口流速大于1.4m/s后,梯度扩大速率加快;管径为130mm和150mm时,阻力损失随料浆质量浓度变大而升高;管径为180mm时,阻力损失先增加后减小,在ω=78%时达到最大值。(2)运用Fluent软件建立了实际工程背景下的煤矸石充填料浆管道输送多粒径级配数值模型探究其输送特性及阻力损失变化,结果表明:当细颗粒粒径不变,粗颗粒粒径逐步增大时,粗颗粒体积浓度分布变化明显,粗颗粒粒径自5mm至7mm时,粗颗粒相由管道底部逐渐向管道中心延伸,形成柱塞流;当粗颗粒粒径不变,随着细颗粒粒径的逐渐增大,粗颗粒相管道底部沉降现象愈加明显,即矸石沉降量增大。(3)运用Matlab软件构建BP神经网络算法对该矿山的管道输送沿程阻力损失及弯管局部阻力损失进行预测,研究结果表明:使用遗传算法对传统BP神经网络模型基础上进行优化,进行模型训练后,沿程阻力损失预测值相对误差最高为11.9%,平均相对误差为6.7%,弯管局部阻力损失预测值相对误差最高为15%,平均相对误差为4.8%,优化后的神经网络模型预测精度较之传统BP神经网络预测精度得到较大提升。(4)运用SPSS软件进行敏感度分析和显著性分析得出该矿山背景下各影响因素对沿程阻力损失的敏感度次序为:入口流速>管径>质量浓度;各影响因素对弯管局部阻力损失的敏感度次序为:弯管角度>入口流速>管径>质量浓度;管径、料浆质量浓度、入口流速及弯管角度均对阻力损失值有高度显著作用。

关键词：充填料浆多倾角管道输送特性管道运输阻力损失

基于离散元的盾构螺旋输送机输送特性仿真分析与优化

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基于离散元的盾构螺旋输送机输送特性仿真分析与优化

作者：陈怀远郑州大学

学位级别：硕士

螺旋输送机作为土压平衡盾构机渣土输送系统的重要组成部分,具备较强的排渣能力,其螺旋叶片具有较高的强度和抗磨损能力,螺旋叶片结构与输送性能、功率损耗和抗磨损强度联系密切。本文采用离散元法,对不同叶型和匀变螺距的盾构螺旋输送... 详细信息

螺旋输送机作为土压平衡盾构机渣土输送系统的重要组成部分,具备较强的排渣能力,其螺旋叶片具有较高的强度和抗磨损能力,螺旋叶片结构与输送性能、功率损耗和抗磨损强度联系密切。本文采用离散元法,对不同叶型和匀变螺距的盾构螺旋输送机进行了仿真分析,研究了螺旋体结构对输送性能的影响,以及影响输送性能的主要因素,建立了螺旋输送机的参数优化设计模型,完成了优化设计并验证优化的有效性。论文主要研究内容如下:(1)对土压平衡盾构螺旋输送机输送介质开展承压、力学和运动学分析,分析了其输送原理,从理论层面讨论了螺旋叶片结构和螺距变化对输送性能的影响,为后续输送机的仿真分析提供基础。(2)采用离散元软件EDEM对盾构螺旋输送机输送过程进行仿真,通过对仿真结果的分析,验证了仿真模型的可靠性。分别模拟直线、折线和曲线母线螺旋叶片和匀变螺距下的盾构螺旋输送机的运行过程,得到输送机运行时的性能指标,分析了不同叶型和匀变螺距对输送性能的影响。(3)确定了盾构螺旋输送机的安装倾角、螺距、螺旋轴径和螺旋内径为优化参数,输送机质量流率、螺旋体平均磨损量和功率损耗为优化目标,采用离散元法,结合正交试验获取性能指标数值结果并进行极差计算,分析各参数对指标的影响程度,采用最小二乘法数据拟合建立了螺旋输送机结构参数与性能指标间的数学关系式。(4)分析了优化过程中的约束条件,建立了对土压平衡盾构螺旋输送机的优化模型。利用NSGA-Ⅱ(多目标遗传)算法结合熵权TOPSIS(理想逼近)法对输送机的结构参数进行寻优,并通过仿真验证了优化的有效性,优化之后的盾构螺旋输送机提高了运输能力,减小了螺旋轴的磨损,降低了功率损耗。

关键词：土压平衡盾构机离散元法螺旋输送机输送特性参数优化

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黏性物料的垂直螺旋输送特性研究与参数优化

黏性物料的垂直螺旋输送特性研究与参数优化

作者：张小猛浙江科技学院

学位级别：硕士

螺旋卸船机作为一种连续性散体物料输送机械,因其节能、环保以及结构简单等优势在港口卸船机械中被受青睐。而对于垂直螺旋输送设备在输送黏性物料时,由于物料颗粒的运动情况较为复杂,且缺乏对黏性物料的垂直螺旋输送特性研究。同时,若... 详细信息

螺旋卸船机作为一种连续性散体物料输送机械,因其节能、环保以及结构简单等优势在港口卸船机械中被受青睐。而对于垂直螺旋输送设备在输送黏性物料时,由于物料颗粒的运动情况较为复杂,且缺乏对黏性物料的垂直螺旋输送特性研究。同时,若对输送参数选取不当,会导致输送效率低、出料不均匀和螺旋叶片磨损加剧等问题。鉴于此,采用离散单元法(DEM)和非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)相结合的方法,对黏性物料的垂直螺旋输送特性及输送设备的参数优化问题进行仿真研究。主要研究内容如下:(1)通过散体力学理论分析了散体物料的运动特性,为仿真模拟提供了理论依据,并基于离散单元法(DEM),采用EDEM软件仿真研究了螺旋转速、螺距与间隙等三种输送参数对螺旋输送特性的影响规律。(2)通过对Box-Behnken实验方案的数据进行多项式拟合,构建了黏性物料平均质量流率和叶片最大磨损深度最大值的回归方程,并对其分别进行了方差分析(ANOVA),确定了三种输送参数对螺旋输送特性的影响程度。(3)建立了以黏性物料平均质量流率最大和叶片最大磨损深度的最大值最小为目标的多目标优化模型,并采用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行优化求解,获得了48组Pareto最优解。然后,运用熵权法与灰色关联法进行综合评价,确定了最佳输送参数。通过采用DEM与NSGA-Ⅱ的方法对黏性物料的垂直螺旋输送特性进行了仿真研究,并确定了最佳输送参数,为螺旋输送特性的研究和螺旋输送设备的参数优化提供了一定的借鉴意义。

关键词：离散单元法输送特性 NSGA-Ⅱ 熵权法灰色关联法

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横向摆动对深海采矿扬矿管输送特性的影响

中南大学学报（自然科学版） 2019年第10期50卷 2395-2402页

作者：徐海良饶星杨放琼中南大学机电工程学院湖南长沙410083 中南大学高性能复杂制造国家重点实验室湖南长沙410083

为研究横向摆动对深海采矿扬矿管输送特性的影响,探究提高输送系统工作稳定性的方法,采用以颗粒动力学为基础的双欧拉模型和Fluent 软件对横向摆动工况下的扬矿管内固液两相流进行模拟仿真,研究摆幅对管道压力损失梯度、出口处颗粒平均... 详细信息

为研究横向摆动对深海采矿扬矿管输送特性的影响,探究提高输送系统工作稳定性的方法,采用以颗粒动力学为基础的双欧拉模型和Fluent 软件对横向摆动工况下的扬矿管内固液两相流进行模拟仿真,研究摆幅对管道压力损失梯度、出口处颗粒平均体积分数、颗粒体积分数沿径向分布以及颗粒轴向速度分布的影响。研究结果表明:管道摆动使压力损失梯度和出口颗粒平均体积分数呈周期性变化,摆幅越大,二者幅值变化越剧烈;随摆幅的增加,颗粒体积分数沿径向分布不均匀程度越严重,离管壁越近,颗粒聚集程度越高,最高体积分数达到30%;除管壁附近外,摆动工况下颗粒轴向速度沿管径基本呈线性分布,摆幅越大,轴向速度径向分布梯度越大,径向不对称性越严重。

关键词：横向摆动输送特性两相流仿真

加压条件下气固喷射器输送特性的三维数值模拟

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化工学报 2004年第10期55卷 1638-1643页

作者：熊源泉袁竹林章名耀东南大学洁净煤发电和燃烧技术教育部重点实验室热能工程研究所江苏南京210096

利用Lagrangian和Eulerian法相结合的三维数值模拟技术 ,对影响收缩型气固喷射器的输送特性的关键因素进行数值模拟研究 ,数值模型中考虑了气固两相的相互耦合作用 .模拟研究结果表明 ,气固喷射器内的固体颗粒轴向平均速度随收缩段的收... 详细信息

利用Lagrangian和Eulerian法相结合的三维数值模拟技术 ,对影响收缩型气固喷射器的输送特性的关键因素进行数值模拟研究 ,数值模型中考虑了气固两相的相互耦合作用 .模拟研究结果表明 ,气固喷射器内的固体颗粒轴向平均速度随收缩段的收缩角减小而增大 ,当收缩角小于一定值后 ,收缩角对喷射器内的固体颗粒速度以及气固两相流的混合的影响甚微 .此外 ,收缩段的收缩角和驱动气体入口风速对收缩型气固喷射器内的静压分布也均有一定的影响 .

关键词：气固两相流静压分布输送特性气固喷射器

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高压密相石油焦和无烟煤的混合输送特性

中南大学学报（自然科学版） 2016年第7期47卷 2501-2506页

作者：胡驾纬沈骝梁财陈晓平徐贵玲赵长遂东南大学能源与环境学院能源热转换及其过程测控教育部重点实验室江苏南京210096

在自主搭建输送压力可达4.0 MPa的高压密相气力输送实验台上分别进行石油焦和无烟煤的输送实验及不同质量配比的石油焦和无烟煤混合输送实验,揭示在不同的总输送差压下粉体物性及操作参数对流动特性和输送稳定性的影响规律。研究结果表... 详细信息

在自主搭建输送压力可达4.0 MPa的高压密相气力输送实验台上分别进行石油焦和无烟煤的输送实验及不同质量配比的石油焦和无烟煤混合输送实验,揭示在不同的总输送差压下粉体物性及操作参数对流动特性和输送稳定性的影响规律。研究结果表明:在相同的输送条件下,相同粒径的石油焦的输送量远小于无烟煤的输送量,且石油焦的输送稳定性比无烟煤的输送稳定性差;保持相同的输送条件,混合物料的输送量和输送稳定性均优于石油焦的输送量和输送稳定性,但比无烟煤的差;随着混合物中无烟煤质量比例的提高,气力输送的输送量增大,但输送稳定性未得到显著提高。

关键词：气力输送石油焦输送特性混合输送

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煤粉上出料式发送罐气力输送特性

化工学报 2012年第6期63卷 1709-1716页

作者：徐贵玲陈晓平梁财赵长遂许盼卜昌盛张铁男东南大学能源热转换及其过程测控教育部重点实验室能源与环境学院江苏南京210096

在常压上出料式发送罐气力输送试验台上,以氮气为输送介质,研究煤粉气力输送特性。通过实验分析了流化风量、充压风量、提升管入口处气体注入速度对煤粉质量流量、固气比等特征参数的影响,并将典型实验工况与高压输送进行了比较。结果表... 详细信息

在常压上出料式发送罐气力输送试验台上,以氮气为输送介质,研究煤粉气力输送特性。通过实验分析了流化风量、充压风量、提升管入口处气体注入速度对煤粉质量流量、固气比等特征参数的影响,并将典型实验工况与高压输送进行了比较。结果表明:随着流化风量的增大,煤粉质量流量、固气比均呈现先增大后减小的趋势。随着充压风量的增大,煤粉质量流量逐渐增大,固气比呈现先增大后减小的趋势。随着提升管入口处注入速度的增大,煤粉质量流量逐渐增大,固气比呈现先增大后减小的趋势。与高压输送相比,常压输送的质量固气比较高,气耗率及输送能耗较低。

关键词：气力输送上出料式发送罐煤粉输送特性

CO_2/N_2作输送载气对煤粉高压密相气力输送特性的影响

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中国电机工程学报 2012年第29期32卷 38-44,I0006页

作者：贺春辉沈湘林胥宇鹏陈先梅王建豪倪红亮周海军熊源泉能源热转换及其过程测控教育部重点实验室(东南大学) 江苏省南京市210096

该文在自主研发的密相气力输送实验装置上,分别以CO2和N2作输送载气,进行了兖州烟煤的输送实验,对两种输送载气下输送特性的异同进行比较分析,研究了操作参数和输送载气对输送特性的影响。研究结果表明,输送载气不同时,操作参数对输送... 详细信息

该文在自主研发的密相气力输送实验装置上,分别以CO2和N2作输送载气,进行了兖州烟煤的输送实验,对两种输送载气下输送特性的异同进行比较分析,研究了操作参数和输送载气对输送特性的影响。研究结果表明,输送载气不同时,操作参数对输送特性的影响有相似规律,载气差异导致输送特性的差别也比较明显。两种载气下,煤粉质量流量都随总输送压差的增大而增大,随补充风流量的增大而减小;滑移速度都随总输送压差的增加而增大,随补充风流量的增加而减小;煤粉质量流量均随滑移速度的增大而增加。相同操作条件下,用CO2输送时,煤粉质量流量和滑移速度均较小,滑移速度与煤粉质量流量的关系也与用N2输送时有较大差异。

关键词：煤粉输送载气密相气力输送高压输送特性 CO2/N2