WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Результаты предварительных исследований свойств гидросмеси хвостов обогащения медно-цинковой руды, выполненные на капиллярном и ротационном вискозиметрах показали, что при достижении определенной концентрации твердого она приобретает реологические свойства (рис.1) и перемещается в режиме вязкопластичного течения, описываемого уравнением Балкли-Гершеля

= 0+ к n, (1)

где 0- начальное напряжение сдвига, – напряжение сдвига, к– -показатель концентрации, – градиент скорости, n- индекс течения.

Рис.1. Обобщенная реологическая кривая гидросмеси хвостов обогащения медно-цинковой руды

Нелинейность кривой течения означает, что вязкость таких сред не имеет определенного значения, а изменяется с увеличением или уменьшением градиента скорости.

1. При напряжении 0 < < а течение в структурном режиме практически неразрушенной структурой.

2. В интервале напряжений от а до k течение в переходном режиме с непрерывно разрушающейся структурой.

3. При напряжениях > k течение в турбулентном режиме.

Предполагаем, что распределение скоростей в поперечном сечении трубопровода при движении гидросмеси аналогично распределению скоростей при движении структурных суспензий угля и глины.

Рис.2. Распределение скоростей и напряжений по поперечному

сечению потока

Для описания деформационного поведения высококонцентрированных гидросмесей, обладающими реологическими свойствами, Ю.К.Сафоновым предложено следующее соотношение:

, (2)

где 0 – предел текучести; к – напряжение сдвига, соответствующее полному разрушению структуры, c вязкостью см; – напряжение сдвига; n- показатель псевдопластичности; – текучесть(подвижность); m –ньютоновская текучесть.

Учитывая,что

; (3)

и подставляя в уравнение Ньютона выражения (2) и (3), получаем:

(4)

После нескольких преобразований, получаем дифференциальное уравнение распределения скорости по сечению потока (рис.2)

. (5)

Интегрируя его, получим следующее выражение

. (6)

Уравнение (6) справедливо при значениях r от r0 до. При r = r0 и U = U0 скорость ядра потока равна:

. (7)

Расход гидросмеси выразится как сумма расходов потока

Q=Q0+Q1, (8)

где

и

Подставляя в это уравнение значение скорости, определенное по формуле (6) и, интегрируя, получим уравнение расхода для кольцевой зоны Q1.

. (9)

Уравнение расхода для ядра потока:

. (10)

Откуда полный расход равен:

. (11)

По полученному уравнению (11) можно определить расход пастообразной гидросмеси хвостов обогащения медно-цинковой руды в трубопроводе в зависимости от реологических свойств пульпы и гидравлических параметров потока, определяемых экспериментально.

Результаты экспериментов, выполненных на капиллярном и ротационном вискозиметрах показали, что при значениях градиента скорости меньше 200 с-1 опытная зависимость графически представляется прямой.

На основании анализа выполненных исследований предложено описывать течение пастообразной гидросмеси хвостов обогащения медно-цинковой руды реологической кривой, состоящей из трех зон (рис.1):

1. При напряжениях (0 < < а)- течение в бингамовском режиме с практически не разрушенной структурой.

2. В интервале напряжений от а до к – течение в переходном режиме с непрерывно разрушающейся структурой.

3. При напряжениях > к – течение в турбулентном режиме.

В соответствии с предлагаемой моделью течения пастообразной гидросмеси тонкодисперсных хвостов обогащения медно-цинковой руды описывается системой уравнений:

= 0 + 1. ; r [0 ;a], n = 1;

= 0 +. n ; r Є [0 ; a]; (12)

= min. ; > k ; n = 1.

Для измерения реологических параметров гидросмеси использовался ротационный вискозиметр ВСН-3 (рис.3) и капиллярный.

Методика обработки опытных данных представлена в виде зависимости среднего градиента скорости в зазоре от напряжения сдвига. Экспериментальные реологические кривые (рис.4) описываются моделью Бингама-Шведова. Анализ полученных зависимостей = f() показывает, что гидросмеси хвостов обогащения медно-цинковой руды с массовой концентрацией S>33,4 % приобретают свойства неньютоновских жидкостей.

Рис.3. Ротационный вискозиметр: 1 – корпус; 2 – редуктор; 3 – телескопический столик; 4 – стакан; 5 – подвесной цилиндр; 6 – гильза; 7 – шкала; 8 – смотровое окно; 9 – пружина; 10 – крутильная головка; 11 – вал; 12 – шестерня; 13 – электродвигатель; 14 – переключатель; 15 – двигатель

Рис.4. Экспериментальные реологические зависимости =f(S) для различных концентраций гидросмеси:

1-S=32,0%; 2-S=36,9%; 3-S=39,5%; 4-S=45,7%; 5-S=49%; 6-S=54,6%; 7-S=59,6%; 8-S=65,6%; 9-S=69,2%; 10-S=76,0%

В результате обработки экспериментальных данных была получена зависимость для определения коэффициента структурной (эффективной) вязкости гидросмеси.

=е1,99·е0,0184S=7,34·е0,0184S. (13)

На рис.5 приведена зависимость начального напряжения сдвига 0 и структурной вязкости от массовой концентрации

Рис.5. Зависимость начального напряжения сдвига и структурной вязкости от массовой концентрации гидросмеси

Используя представленные на рис.5 реологические зависимости, можно определить расход при движении пастообразной гидросмеси.

2. Гидравлические сопротивления при движении вязкопластичной пастообразной гидросмеси хвостов обогащения полиметаллической руды в структурном режиме определяются с помощью поправочного коэффициента, определяемого при исследовании потерь напора и функционально связанного с критерием Ильюшина, который учитывает силы пластичности и вязкости.

Потери напора при движении гидросмеси можно представить зависимостью:

i= f1 (Re,И, ) + f2 (Fr,,). (13)

В первой функции f1 правой части этого выражения представлены силы вязкости, а во второй f2 – гравитационные.

При движении вязкопластичных гидросмесей решающее значение имеют силы вязкости. Поэтому при обработке результатов экспериментов для структурного режима (функция f1) в качестве критериев подобия используются обобщенный критерий Рейнольдса Re*) и Ильюшина (И), последний из которых иногда называют критерием Сен-Венана-Ильюшина. По физическому смыслу критерий Ильюшина представляет отношение сил пластичности к силам вязкости.

Для определения гидравлических потерь напора при движении гидросмеси в структурном режиме по длине трубопровода наибольшее применение получила формула Дарси-Вейсбаха

, (14)

где h- потери напора по длине, м; – коэффициент гидравлических сопротивлений; U – скорость движения потока, м/с; D - внутренний диаметр трубы, м.

Многочисленными исследованиями ученых было установлено, что коэффициент гидравлических сопротивлений находится в сложной зависимости от многих факторов, в том числе от состояния поверхности (шероховатости) стенок трубы, а также от характера (режима) движения потока жидкости. Если труба заполнена неньютоновской жидкостью, ее движение начинается только после того, как касательные напряжения в гидросмеси достигнут предельного напряжения сдвига.

Анализ существующих зависимостей для расчета потерь напора при движении вязкопластичных гидросмесей в трубах показал, что большинство исследователей (А.Е.Смолдырев, В.В.Трайнис, Ю.К.Сафонов и др.) используют упрощенное уравнение Букингама и формулу Дарси-Вейсбаха. Неизвестной величиной в этих зависимостях является коэффициент гидравлических сопротивлений.

Задача сводится к установлению вида зависимости =f(Re*).

Для всей зоны ламинарного потока коэффициент гидравлических сопротивлений определяется по формуле

(15)

где, (16)

где N- постоянное число для определенного типа гидросмеси, которое необходимо определить экспериментально.

Значение коэффициента N по данным различных исследователей (В. Трайнис, Р.Шищенко, В. Филатов, З. Латыпов и др.) изменяется от 2 до 8.

Подставляя значение Re* в (15), получим

, (17)

Для определения коэффициента гидравлических сопротивлений при движении пастообразной гидросмеси хвостов обогащения медно-цинковой руды необходимо экспериментально определить значение числа N. После обработки экспериментальных данных было получено значение N=4,2.

Определение потерь напора при движении гидросмеси в переходном режиме по горизонтальному трубопроводу производится по формуле

, (18)

где ; - соответственно плотность твердой фазы, воды и смеси; - удельные потери напора для чистой воды; - коэффициент, зависящий от типа гидросмеси и определяемый экспериментально; S- массовая концентрация гидросмеси.

Экспериментальные значения коэффициента k представлены в табл.1.

Таблица 1

Результаты обработки экспериментальных данных

Значения

k

Диаметр трубы d, мм

Среднее значение k

Среднеквадрати-

ческая погреш-

ность Sк

Доверительный интервал

k

25

3,62

0,186

0,382

50

2,98

0,128

0,266

Исследования потерь напора при гидротранспорте гидросмеси хвостов обогащения медно-цинковой руды проводились на лабораторной установке, представленной на рис.6.

Рис.6. Схема лабораторной гидротранспортной установки:

1 – грунтовый насос с электродвигателем; 2 – зумпф с мешалкой; 3 – пробковый кран; 4 – дифманометр; 5- мерная емкость; 6 - разделительные сосуды; 7,8 – измерительные участки трубопроводов (Dвн=25 мм, Dвн =50 мм)

Эксперименты выполнялись при следующих концентрациях твердой фазы по массе: 32; 45; 54; 60; 66; 70. Результаты обработки этих исследований представлены в табл.2.

Таблица 2

Результаты обработки экспериментальных данных

Массовая концентрация гидросмеси, %

Уравнение регрессии



32

= 0,145

33,4

= 0,12+0,151

49,0

= 0,58+0,151

54,6

= 15,02+1,41

76

= 29,32+1,97

На рис.7 и 8 представлены зависимости i(U) при движении в

трубе диаметром 0,025 и 0,05м для различных массовых концентраций.

. Рис.7.Зависимость i(U) при движении гидросмеси хвостов обогащения медно-цинковой руды в трубе:

D=0,025 м и концентрации по массе:

1 - вода; 2 - 32%; 3 – 45%; 4 – 54%; 5 – 60%; 6 – 66%; 7 – 70%

Рис.8.Зависимость i(U) при движении гидросмеси хвостов обогащения медно-цинковой руды в трубе

D=0,05 м и концентрации по массе: 1 - вода; 2 - 32%; 3 – 45%; 4 – 54%; 5 – 60%; 6 – 66%; 7 – 70%

Из графиков видно, при каких значениях скорости происходит изменение режима движения гидросмеси.

Заключение

В диссертации, представляющей собой законченную научно-квалификационную работу, на базе выполненных теоретических и экспериментальных исследований на горнорудном предприятии была решена актуальная научно-практическая задача повышения эффективности гидравлического транспортирования тонкодисперсных хвостов обогащения медно-цинковой руды путем сгущения гидросмеси до пастообразного состояния.

Основные научные результаты и практические рекомендации, заключаются в следующем:

1. Установлена закономерность изменения коэффициента гидравлических сопротивлений в зависимости от концентрации гидросмеси хвостов обогащения медно-цинковой руды в интервале 33,4 – 76 % твердого по массе при движении потока в структурном режиме, позволяющая установить рациональные режимы работы гидротранспортной системы применительно к условиям смеси медно-цинковой руды, что позволит снизить затраты на перекачку.

2. Экспериментально полученная реологическая кривая течения пастообразной гидросмеси хвостов обогащения медно-цинковой руды рекомендуется к использованию в расчете режимов транспортирования вязко-пластичной гидросмеси.

3. Разработана физико-математическая модель движения гидросмеси хвостов обогащения медно-цинковой руды с размером твердых частиц 0,0044мм до 77 % при изменении концентрации по массе от 33,4 до 76 %, основанная на полученной экспериментально и описываемой моделью Балкли-Гершеля реологической кривой.

4. Экспериментально установлено, что структурный режим движения гидросмеси наблюдался при концентрации равной 70% по массе и скорости меньше 1,5 м/с, а при концентрациях 45, 54, 60 % по массе – при скорости течения менее 1,0 м/с.

5. Получены, подтвержденные экспериментом, новые зависимости, необходимые для расчета и обоснования выбора основных параметров процесса транспортирования пастообразной гидросмеси:

- для определения коэффициента гидравлических сопротивлений при движении потока гидросмеси в структурном режиме;

- для определения потерь напора при движении гидросмеси хвостов обогащения медно цинковой руды по горизонтальному трубопроводу в переходном режиме

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»