尾矿颗粒沉降和分选规律研究1)

开展了尾矿颗粒在流体中沉降和分选规律研究。首先,对尾矿颗粒在流体中受力特征和各种力作用效果进行分析;其次,对牛顿流体中尾矿颗粒沉降和分选进行研究;再次,对宾汉浆液中尾矿颗粒沉降和分选进行研究;最后,对理论公式进行了讨论和结果验证。论文确定了尾矿颗粒在不同流体中的沉降特点,提出在浆体流动中不沉的最大粒径,推导出球形颗粒的沉降微分方程,推导出颗粒最终沉速和沉降距离,求得了颗粒水平运移距离,结果讨论验证了理论公式的正确性。     

多颗粒在牛顿流体中沉降的模拟研究

采用格子Boltzmann-虚拟区域方法对多颗粒在牛顿流体中沉降的过程进行了直接数值模拟,颗粒之间的碰撞采用弹性力模型。考察了颗粒初始间距、雷诺数对颗粒沉降形态及沉降速度等的影响。结果表明,奇数与偶数颗粒群的沉降形态及沉降速度差异较大。对于奇数颗粒群(5个),当雷诺数较低时颗粒群呈"凹"形沉降,而当雷诺数增大时中间颗粒会脱离颗粒群,剩下的颗粒群或呈"凹"形或呈"凸"形,这与初始间距有关,文献中仅获得雷诺数较低时的情况。对于偶数颗粒群(6个),当雷诺数较小时呈"凸"形沉降,而当雷诺数增大时颗粒会发生"DKT(DriftingKissing-Tumbling)"现象,且当初始间距增大时发生"DKT"的对象不再是靠近壁面的颗粒对,已有文献中没有观察到这一现象。     

颗粒材料形状分选的量化模型综述

颗粒分选现象广泛存在于自然界和工业中,目前主要研究球形颗粒的粒径和密度引起的分选.由于不规则颗粒更具有普遍性,越来越多的研究拓展到颗粒形状引起的分选上,主要是以球形颗粒为基础,再加入椭球、立方体、圆柱体等标准形状的颗粒进行实验测量或计算机仿真,以得到多种类型的颗粒分布等.本文总结了7个分选量化模型,并以此为基础分析了球...     

三圆形颗粒在通道中沉降运动的数值研究

主要应用浸没边界的格子玻尔兹曼方法（immersed boundary-lattice Boltzmann method, IB–LBM） 对处于不同倾斜角度通道内的三个刚体圆形颗粒在重力作用下下落的动力学特性进行了计算研究. 首先分析通道倾斜角度的影响, 结果显示当通道倾斜角处于59°90°的范围时会发生后一个颗粒超越前一个颗粒的现象. 其次, 研究了Re对颗粒沉降特性的影响, 结果表明Re 越大, 颗粒间发生聚集的时间越早. 研究还发现当3 个颗粒的直径大小不均匀时, 颗粒由大到小纵向依次排列, 或者出现中间小球直径较相邻两个小球直径大的排列情况, 均能促使颗粒加快聚集. 本文的研究结果可为环境工程及地质学中的颗粒沉降问题提供有价值的参考.      

密度不同的颗粒在流体中的沉降特性

采用格子Boltzmann方法(LBM)对雷诺数范围为5≤Re≤12的双颗粒沉降进行了直接数值模拟研究,主要关注颗粒之间的密度差异k对其周期性振动的影响。根据雷诺数颗粒沉降特性可以分成三个阶段,即当Re较小时,颗粒的振动幅度随k的增大而减小,当Re较大时则正好相反,介于两者之间存在一个临界雷诺数,在此雷诺数附近,颗粒的沉降同时具有以上两种特征。同时还研究了两个颗粒的稳定沉降结构以及重颗粒摆脱轻颗粒的条件。     

双颗粒沉降的动力学分析

采用格子Boltzmann-虚拟区域方法对雷诺数范围为50≤Re≤200的双颗粒自由沉降进行了直接数值模拟。首先,研究发现双颗粒最终沉降的位置分别在通道的1/4和3/4位置附近,且与颗粒的初始间距、雷诺数以及通道宽度无关。其次,重点研究了颗粒沉降过程中所受的侧向力(与沉降方向垂直),首次揭示了侧向力的振动频率与雷诺数呈二次关系,且单颗粒的结果始终小于双颗粒的结果;研究还发现侧向力的振动频率与通道宽度近似呈幂律函数关系,且幂律指数与雷诺数有关,雷诺数越大,幂律指数的绝对值越小。最后还研究了雷诺数及通道宽度对侧向力振动振幅的影响。     

颗粒物在人体上呼吸道模型中沉降规律的数值研究

本文采用RNG k-ε湍流模型对简化的上呼吸道内的流场进行数值仿真,并结合随机涡相互作用模型对上呼吸道内颗粒的局部运动沉积特性进行了数值模拟研究.结果表明,惯性冲击是微米级颗粒物主要的沉降机理,惯性参量能很好地衡量颗粒的沉降规律.口腔中流动较平稳,颗粒受扰动较小.颗粒由于惯性冲击而运动靠近咽部后部并易于沉积在咽部后壁面...     

颗粒在黏弹性流体扩张和收缩流中沉降的格子Boltzmann模拟分析

对于Oldroyd-B型黏弹性流体,本文应用格子Boltzmann方法(LBM),实现了流体在二维1:3扩张流道及3:1收缩流道中流动的数值模拟,获得了黏弹性流体在扩张和收缩流道中的流场分布．结合颗粒的受力和运动规则,基于点源颗粒模型,数值分析了颗粒在扩张流和收缩流中的沉降过程和特征,讨论了颗粒相对质量和起始位置以及雷诺数Re和威森伯格数Wi对颗粒沉降特征的影响．结果表明,颗粒相对质量和起始位置以及Re对颗粒沉降轨迹和落点影响较大,而Wi的影响则较小．     

壁面约束对柱状粒子在牛顿流体中沉降影响的研究

格子Boltzmann方法(LBM)直接数值模拟了在有壁面约束的流场中柱状粒子的沉降。结果说明粒子在壁面的影响下，会离开管壁向管中心移动，移动速度先是增大，然后随着与管壁距离的增加，逐渐减小，粒子中心最后并不一定停留在管中心。随着粒子与壁面距离的增加，粒子的沉降速度将增大，可见壁面对粒子沉降有阻碍作用，平行于粒子轴线的壁面对粒子沉降的影响比垂直于粒子轴线壁面的影响大。     

固体颗粒在热对流下沉降的直接数值模拟研究

在任意拉格朗日-欧拉算法模拟等温惰性颗粒两相流的基础上,增加对能量方程的联立求解,在热对流条件下对固体颗粒在不同雷诺数下的沉降规律进行了直接数值模拟.结果表明:热对流引起了流场流动的变化和不对称,颗粒在热流体中沉降,热对流产生的力加速了冷颗粒的运动,尾部形成了涡脱落;颗粒在冷流体中沉降,热对流产生的力阻碍了冷颗粒的运动,尾部形成了羽流. 随着雷诺数的增大,颗粒经历了稳定沉降、周期性摆动到不稳定、无规则运动3个阶段.      

宾汉流体物性参数对湍流强度影响的研究

考虑宾汉流体本构关系的特点，建立了适用于宾汉流体的修正动量方程和Ｋτ－ετ模型方程。采用压力耦合半隐式ＳＩＭＰＬＥ算法，通过流场的数值计算研究，指出了宾汉流体本身的物性参数（如屈服应力、塑性粘度）对其湍流强度有着重要影响。     

胶新铁路砂土液化区路基沉降规律研究

地震液化常给人们带来巨大损失,而剪切振动和循环荷载作用下的动力学效应常被认为是地震液化的主要原因,人们对剪切荷载作用下饱和砂土的液化问题进行了较多的研究,而对循环荷载作用下砂土液化的动力学效应研究较少。胶新铁路在DK39+000开始为高地震烈度区,DK283+550~DK283+770分布有地震可液化层,工程修建后列车动荷载的影响将会有诱发砂土液化的可能性。为了研究通车前自然沉降特征和通车后循环荷载作用下的路基沉降变形规律,本文在具体分析了砂土液化的概念和准则判别的基础上,重点分析了砂土液化区路基沉降特征,包括测试断面竖向分层沉降变形特征分析和路基水平位移特征分析。最后在试验的基础上,从理论上给出了循环荷载下砂土的本构关系。     

基于离散元法的干湿颗粒系统仿真

介绍了基于离散元法的干湿颗粒系统仿真软件DEMSIM。对于干颗粒系统,DEMSIM可以分析二维和三维颗粒系统的弹性和塑性接触碰撞过程;对于湿颗粒系统,DEMSIM采用传统的液桥模型;对于颗粒-流体系统,DEMSIM采用CFD-DEM细观耦合模型模拟。一系列典型算例的模拟分析,验证了干湿颗粒系统仿真软件DEMSIM的精度和有效性。     

垂直管中双尺寸颗粒群的混合及分离规律研究

深海能源的开发利用近年来受到各国关注,而深海矿石是深海能源的重要组成部分.文章以深海采矿的垂直管水力输送为研究背景,其管道内流的典型特征是颗粒级配宽且颗粒浓度高.宽级配特征下,管道内存在粗细颗粒混合及分离的现象,可能导致颗粒局部浓度增加,危害输送安全.因此,文章研究垂直管内双尺寸颗粒群的混合及分离机理.采用计算流体力学-离散元方法 (CFD-DEM)开展数值模拟,针对粗细颗粒尺寸差异大导致体积浓度计算不准确的问题,提出颗粒群体积浓度计算修正模型以及欧拉场到拉格朗日场的数据映射模型,并进行程序实现及模型验证.研究发现粗细颗粒混合及分离过程会造成颗粒群前后出现间断,并且增加颗粒群局部体积浓度及颗粒碰撞频率.还定义无量纲颗粒碰撞应力和流固相互作用应力,表征颗粒碰撞强度和流固相互作用强度.颗粒群混合到分离过程中颗粒碰撞应力显著增加,因此可通过颗粒碰撞应力曲线确定初始混合到完全分离的时刻.此外,流固相互作用的差异是引起粗细颗粒分离的根本原因.     

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通过实验方法研究了加入TiO2纳米颗粒的相变悬浮液流变特性. 研究表明,加入纳米颗 粒的相变悬浮液仍可被视为牛顿流体,温度对悬浮液的黏性系数有显著影响,其黏性系数随 温度变化的趋势与基液一致. 悬浮液的黏性随纳米颗粒浓度增加以非线性方式增加,当纳米 颗粒的质量浓度为5{\%}时,黏性的增量大约为23%.     

颗粒流体系统的格子Boltzmann数值方法研究进展

介绍Euler-Lagrange框架下基于格子Boltzmann方法 LBM(Lattice Boltzmann Method)发展的两种不同层次（即不同时-空尺度和精度）的颗粒流体系统离散模拟方法,即格子Boltzmann颗粒解析直接数值模拟（LB-based PR-DNS）方法和格子Boltzmann离散颗粒模拟（LB-based DPS）方法,总结了Euler-Euler框架下基于格子Boltzmann双流体模型（LB-based TFM）方面的探索研究。LB-based PR-DNS方法中颗粒尺寸远大于格子步长,能够直接解析出流体在颗粒表面的流动以及颗粒所受完整的动力学信息;LB-based DPS方法中格子步长远大于颗粒直径,其在计算精度、时间耗费和计算效率之间能达到很好的平衡,可获得流体的宏观平均流动及颗粒的运动轨迹信息。LB-based DNS和DPS是探索颗粒流体系统的有力手段,但LB-based TFM应用于模拟颗粒流体系统仍需进一步探索。     

系统压力对含悬浮颗粒油液的影响研究

油液在运行过程中不可避免地会产生颗粒物,影响油液的正常使用,甚至出现设备故障,因而分析含悬浮颗粒油液的动态特征,掌握在不同压力变化条件下油液及颗粒物的变化规律具有重要意义。利用两相流体理论建立了含悬浮颗粒油液的悬浮流动力学模型,通过特征线法进行了数值求解,将数值结果与实验数据比较,具有较好的一致性;根据所建模型,分析了不同系统压力条件下悬浮流中各相的脉动规律。结果表明,流场中各相参数的脉动幅值随着系统压力的增加而增大;管路始端和终端各相参数的脉动时刻分别位于1/4脉动周期(T)的奇数倍和偶数倍处,管路中段各相参数的脉动时刻则位于T/8的奇数倍处;悬浮颗粒速度会受到油液速度拖曳力作用,其变化趋势与油液速度基本一致,颗粒浓度分布与油液压力的变化趋势完全相反。     

隧道下穿既有结构物引起的地表沉降控制标准研究

解决好隧道下穿既有结构物引起的地表沉降问题,对城市地下交通和高速铁路的建设具有重要的意义。在调研国内大量隧道下穿开挖引起的地表沉降控制标准和方法的基础上,根据隧道下穿公路、铁路、隧道和建筑物时引起的地表沉降的不同特点,结合隧道的施工、开挖面积、埋深和工程地质条件等因素,对隧道下穿不同的结构物提出不同的控制沉降措施和建议沉降标准。作者认为,目前的隧道下穿引起的地表最大沉降控制标准是不合理的,沉降控制标准应综合考虑既有结构物的特点、地质条件和施工特点等因素。     

非牛顿流体力学研究的若干进展

简要介绍微极性流体,应力偶流体,非整数阶Maxwell流体和智能流体的基本概念,通过简单的例子阐述它们与牛顿流体的本质差别,并介绍非牛顿流体在以上热点研究领域的若干进展．     

Peristaltic transport of rheological fluid: model for movement of food bolus through esophagus

Fluid mechanical peristaltic transport through esophagus is studied in the paper.A mathematical model has been developed to study the peristaltic transport of a rheological fluid for arbitrary wave shapes and tube lengths.The Ostwald-de Waele power law of a viscous fluid is considered here to depict the non-Newtonian behaviour of the fluid.The model is formulated and analyzed specifically to explore some important information concerning the movement of food bolus through esophagus.The analysis is carried out by using the lubrication theory.The study is particularly suitable for the cases where the Reynolds number is small.The esophagus is treated as a circular tube through which the transport of food bolus takes place by periodic contraction of the esophageal wall.Variation of different variables concerned with the transport phenomena such as pressure,flow velocities,particle trajectory,and reflux is investigated for a single wave as well as a train of periodic peristaltic waves.The locally variable pressure is seen to be highly sensitive to the flow index "n".The study clearly shows that continuous fluid transport for Newtonian/rheological fluids by wave train propagation is more effective than widely spaced single wave propagation in the case of peristaltic movement of food bolus in the esophagus.