[发明专利]基于T-H耦合的膏体充填料浆管道输送阻力损失计算方法

说明书

本发明属于采矿技术中的膏体充填技术领域，尤其是涉及一种基于T‑H耦合的膏体充填料浆管道输送阻力损失计算方法，其特征在于将膏体充填料浆视为均质流体，将其流动场和温度场进行耦合，采用欧拉法描述流体流动，利用流体传热的微分方程描述温度场的作用，将温度效应耦合到流体流动的能量方程中，构成T‑H耦合数学模型，对流变仪测定的参数进一步优化，进而能快速准确地预测T‑H耦合过程中膏体充填料浆的管输特性，对于充填管路设计以及膏体充填料浆参数配比设计具有重要意义。

技术领域

本发明属于采矿技术中的膏体充填技术领域，尤其是涉及一种基于T-H耦合的膏体充填料浆管道输送阻力损失计算方法。

背景技术

膏体充填具有不易发生离析和沉淀、充填体力学性能良好，强度高，采场脱水量少，充填成本低，环境友好等优点，是未来矿山充填技术的发展方向。

数学模型是描述膏体充填料浆流动的有效手段，它能够预测不同条件下膏体充填料浆的流变特性，得到合理的充填料浆管输参数，从而防止发生料浆堵管等诸多问题。

充填料浆管道输送参数的选择在膏体充填系统设计、生产调试过程中具有举足轻重的作用。目前尾砂膏体充填料浆管输特性测定的方法主要有两种：一是通过室内流变仪测得流变参数，然后通过公式计算输送参数；二是利用环管试验的方法测得管输参数。第一种方法的局限性比较大，与工程实际相差较大，直接导致充填料浆输送参数不准确，需要通过工业化试验进行优化；第二种方法测试得到的参数最符合工程实际，但是由于其需要消耗大量的人力、物力和财力，极大地限制了其发展和应用。

另外，温度也是影响膏体料浆输送特性的一大因素。温度的改变会引起膏体料浆的内部压力变化，导致料浆对管道的压力改变；同时，料浆在管道输送过程中会形成柱塞流动区和剪切流动区，充填料浆在剪切流动区具有速度梯度，导致了浆体内部产生摩擦，进而引起热量产生并与外界发生热交换，从而导致能量耗散，最终影响实验数据的准确性。

现有的数值模拟方法通常选用宾汉模型作为膏体充填料浆的结构模型，通过流变仪试验测定剪切应力随剪切速率变化的规律。在数据拟合过程中，一般情况会舍去剪切速率较低的部分，仅取线性变化部分进而数据拟合得到相应的结构模型，因此会对模拟结果的准确性造成影响。

针对以上问题，本发明将膏体充填料浆流动场和温度场进行耦合，采用欧拉法描述流体流动，利用粘度随剪切速率变化规律和流体传热的微分方程描述温度场的作用，将温度效应耦合到流体流动的能量方程中，使用Carreau模型进行数据拟合，构成T-H耦合数学模型，对流变仪测定的参数进一步优化，进而能快速准确地预测T-H耦合过程中膏体充填料浆的管输特性。

发明内容

本发明旨在提供一种温度和流体力学耦合作用下膏体充填料浆的管输模拟方法，并基于T-H耦合的膏体充填料浆管道输送阻力损失计算，获得在温度影响的过程中膏体充填料浆的管道输送特性。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的：

本发明的基于T-H耦合的膏体充填料浆管道输送阻力损失计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

一、方法建立的假设

(1)膏体充填具有不易发生离析和沉淀的特点，因此将充填料浆看成是均匀连续介质来研究；

(2)各个方向的力学性质相同；

(3)浆体在流动过程中是不可压缩的；

(4)考虑浆体流动引起的热传递和热对流；

二、T-H耦合管输模型的建立

(1)流体流动控制方程

由于浆体是不可压缩的均质体，密度为常数，故连续性方程为：