水力提升颗粒及颗粒群浮游运动规律研究

第３０卷第４期２０１０年０８月

矿冶工程

ＭＩＮＩＮＧＡＮＤＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ

Ｖ０１．３０№４

Ａｕｇｕｓｔ２０１０水力提升颗粒及颗粒群浮游运动规律研究①

陈光国，阳宁，唐达生，金星，肖红

（长沙矿冶研究院深海矿产资源开发利用技术国家重点实验室，湖南长沙４１００１２）

摘要：在高３０ｍ、管径２００ｍｍ的拳内扬矿系统中，进行了单颗粒、均匀颗粒和非均匀颗粒的浮游试验，观察了颗粒及颗粒群体在垂直管道中的运动状态，分析了颗粒的粒径、管壁边界条件、浓度和级配等因素对浮游速度的影响，得出了单颗粒和均匀颗粒在垂直管中的浮游速度经验公式。

关键词：水力提升；固液两相流；浮游运动；边界条件

中图分类号：ＴＤ８５７文献标识码：Ａ文章编号：０２５３—６０９９（２０１０）０４—０００９—０５

ＳｔｕｄｙｏｎＭｏｖｅｍｅｎｔＲｕｌｅｆｏｒＦｌｏａｔｉｎｇＰａｒｔｉｃｌｅｓａｎｄＰａｒｔｉｃｌｅＳｗａｒｍ

ｉｎＨｙｄｒａｕｌｉｃＬｉｆｔｉｎｇ

ＣＨＥＮＧｕａｎｇ—ｇｕｏ，ＹＡＮＧＮｉｎｇ，ＴＡＮＧＤａ－ｓｈｅｎｇ，ＪＩＮＸｉｎｇ，ＸＩＡＯＨｏｎｇ

（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＥｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎａｎｄＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＤｅｅｐ—ｓｅａＭｉｎｅｒａｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓ，ＣｈａｎｇｓｈａＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｉｎ—ｉｎｇ＆Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００１２，Ｈｕｎａｎ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｅｓｔｓｗｅｒｅｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｃｏｎｄｕｃｔｅｄｏｎｔｈｅｆｌｏａｔｉｎｇｏｆｓｉｎｇｌｅｐａｒｔｉｃｌｅ，ｕｎｉｆｏｒｍａｎｄｎｏｎ—ｕｎｉｆｏｒｍｐａｒｔｉｃｌｅｓｗａｒｎｌｉｎａｎｉｎｄｏｏｒｌｉｆｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈａｐｉｐｅｌｉｎｅ３０ｍｈｉｇｈａｎｄ２００ｍｍｉｎｄｉａｍｅｔｅｒ，ＳＯａｓｔｏｏｂｓｅｒｖｅｔｈｅｍｏｖｅｍｅｎｔｏｆｐａｒｔｉｃｌｅａｎｄｐａｒｔｉｃｌｅｓｗａｒｍｉｎｖｅｒｔｉｃａｌｐｉｐｅｌｉｎｅ。Ｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅ，ｐｉｐｅ’Ｓｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｅｏｎｃｅｎ—ｔｒａｔｉｏｎａｎｄｇｒａｉｎｓｉｚｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｎｔｈｅｆｌｏａｔｉｎｇｖｅｌｏｃｉｔｙ，ｅｍｐｉｒｉｃａｌｆｏｒｍｕｌａｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｆｏｒｔｈｅｆｌｏａｔｉｎｇｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｓｉｎｇｌｅｐａｒｔｉｃｌｅａｎｄｕｎｉｆｏｒｍｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｎｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌｐｉｐｅｌｉｎｅ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒａｕｌｉｃｌｉｆｔｉｎｇ；ｓｏｌｉｄ—ｌｉｑｕｉｄｔｗｏｐｈａｓｅｆｌｏｗ；ｆｌｏａｔｉｎｇｍｏｖｅｍｅｎｔ；ｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ

垂直管道水力提升是我国深海矿产资源开发领域

重点研究的采矿方法。大颗粒固液两相流在深海采

矿、水力输煤、陆基竖井采矿、河海疏浚、石油钻井等方

向也有广泛的应用空间。动水浮游是与静水沉降对应

的一种基础的固液两相相对运动形式，在垂直管道输

送中，浮游运动是研究颗粒的浓度、粒径、形状等参数

与流速变化关系的重要实验方法。本文在大量试验的

基础上，对粒径５—５０ｍｍ的单颗粒、均匀颗粒和非均

匀颗粒在不同浓度和级配下的浮游速度进行了数据分

析，总结出合理的提升参数，为垂直管道安全、高效输

送提供设计依据。

１试验装置及方法

浮游试验系统（图１）的管路设计包括高度３０ｍ、

内径２００ｍｍ的主提升管、回流管和稳压管，０．９ｍ３的

缓存水包和提升泵。供水系统包括１０ｍ３水箱，内径

１００ｍｍ给水管，内径１５０ｍｍ溢流管，容积４ｍ３的稳图１浮游试验系统装置

①收稿日期：２０１０旬３－０６

基金项目：中国大洋矿产资源研究开发协会专项基金资助项目（ＤＹＸＭ一１１５一０４一０２—０２）

作者简介：陈光圈（１９８５一），男，湖南常德人，硕士，主要从事深海采矿扬矿及管道输送技术研究。

万方数据