基于<b>ANSYS-FLUENT</b>的云南某锡矿尾砂料浆管道输送设计研究

廉柏栋; 乔登攀; 杨天雨; 王俊; 陈剑; 李绍腾; 李勇明; 高博; 龙赣

doi:10.13264/j.cnki.ysjskx.2024.03.011

基于ANSYS-FLUENT的云南某锡矿尾砂料浆管道输送设计研究

1.
昆明理工大学国土资源工程学院,昆明650093
2.
云南锡业大屯锡矿,云南红河661018
3.
凉山矿业股份有限公司,四川凉山615141

基金项目:

云南省基础研究专项-青年项目 202101AU070022

昆明理工大学人培基金 KKZ3202021040

昆明理工大学人培基金 KKSY201921017

详细信息

通讯作者:
乔登攀（1969—　）,博士,教授,主要研究方向为采矿工艺及理论。E-mail： 1215550723@qq.com

中图分类号: TD853.34
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出版历程
- 收稿日期: 2023-09-07
- 修回日期: 2023-12-11
- 网络出版日期: 2024-07-04
- 刊出日期: 2024-06-29

Research on pipeline transportation design of tailings slurry from a tin mine in Yunnan Province based on ANSYS-FLUENT

1.
Faculty of Land Resources Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming650093, China
2.
Yunnan Tin Datun Tin Mine, Honghe661018, Yunnan, China
3.
Liangshan Mining Co., Ltd., Liangshan615141, Sichuan, China

摘要

摘要:
以云南某锡矿井下充填管道为对象,经流变实验获得了该矿山全尾砂流变参数,并采用布金汉方程对尾砂料浆阻力损失进行了初步计算,最后运用ANSYS-FLUENT软件进行了模拟计算,并对模拟结果进行了深入分析。结果表明,较优方案为C1,即水泥量为300 kg/m³,质量浓度为72%的尾砂料浆能够在管道内安全输送2 600余米,充填流量可达110 m³/h,满足了矿山井下充填制备站至各采场空区的充填需求,确保了充填系统的安全、可靠和高效运行。进一步研究分析发现,在管道内输送的尾砂料浆速度和压力存在边界层效应；管输阻力损失随尾砂料浆的屈服应力及黏度的增加而增加,并得出了阻力损失与屈服应力及黏度之间的关系表达式。本文针对充填采矿法中矿山尾砂料浆合理、安全地管道输送,制定了简便高效的计算、模拟和分析方法,为充填采矿法的实际应用提供了有益指导。
- 充填采矿 /
- 布金汉方程 /
- ANSYS-FLUENT模拟 /
- 尾砂料浆管道输送 /
- 阻力损失
Abstract:
Taking the filling pipeline under a tin mine in Yunnan Province as the object, this article obtained the rheological parameters of the entire tailings of the mine through rheological experiments, and preliminarily calculated the resistance loss of the tailings slurry using the Buckingham equation. Finally, simulation calculations were conducted using ANSYS FLUENT software, and the simulation results were analyzed in depth. The research results indicate that the optimal solution is the C1 scheme, which means that the tailings slurry with a cement content of 300 kg/m³ and a mass concentration of 72% can be safely transported within the pipeline for over 2 600 meters, and the filling flow rate can reach 110 m³/h, which meets the filling requirements from the underground filling preparation station to various goaves in the mine and ensures the safe, reliable, and efficient operation of the filling system. Further research and analysis have found that the velocity and pressure of the tailings slurry transported in the pipeline have a boundary layer effect. The resistance loss of pipeline transportation increases with the increase of yield stress and viscosity of tailings slurry, and the relationship expression between resistance loss and yield stress and viscosity is obtained. This article develops a simple and efficient calculation, simulation, and analysis method for the reasonable and safe pipeline transportation of tailings slurry in the filling mining method, providing technical guidance for the practical application of the filling mining method.
- filling mining /
- Buckingham equation /
- ANSYS-FLUENT simulation /
- pipeline transportation of tailings slurry /
- resistance loss
赵中波

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0   引言

W-Cu 复合材料是由热膨胀系数低、硬度高的钨和导热导电性高的铜组成的一种复合材料^[1-2].近年来，随着现代科学技术的发展，使得大功率微波器件不断向小型化发展，要求W-Cu 复合材料具有更优异性能.为了适应发展的需要，要求对W-Cu 复合材料新型生产工艺和新型W-Cu 复合材料进行研究^[3-6].由于W-20 %Cu 复合材料中W 相具有低的膨胀系数，同时又能保证材料具有好的导热导电性，在封装材料和触头材料中应用比较广泛^[7-9].碳纳米管独特的空间结构使其具有良好的力学性能和高导热导电等特性，是复合材料理想的强化相^[10-15]；使用碳纳米管作为强化相能对复合材料起到细化颗粒粒度的作用，并利用它优良的力学性能，以提高复合材料的致密度和硬度，高致密度是保证材料具有高性能的前提，而在W-Cu 复合材料中较高硬度可以延长器件的使用寿命和提高器件的可靠性，从而进一步提高它在电触头和封装材料应用中的机械性能.因此，文中主要研究在W-20 %Cu 复合材料中添加碳纳米管后对其致密度和硬度的影响.

1   试验材料及方法

试验采用粒度为2.63 μm 的W 粉和3 μm 的Cu 粉、0.1 μm 的碳纳米管.试验先利用QM-BP 行星式球磨机对W 粉和Cu 粉、碳纳米管粉末进行真空球磨30 h, 制得碳纳米管质量分数分别为1 %、2 %、3 %、8 %的W-20 %Cu 复合粉末，为了避免在机械合金化过程中产生成分偏析，选择球料比为15∶1，纯酒精作为球磨介质，纯氮气作为保护气体；再把复合粉末在压力机上压制成直径为20 mm×50 mm柱坯，压制时先缓慢加压5 min, 以便排除行腔内的气体，加压到650 MPa 并保压2 min.最后把压坯在ZSJ-20/20/24-160 型真空烧结炉中进行1200 ℃×30 min烧结，对烧结样品进行性能检测.试验使用欧美克激光粒度测试仪检测复合粉末粒度，采用阿基米德排水法计算复合材料的密度，使用HV1-10A 型低负荷维氏硬度测试仪对复合材料的硬度进行测试.

2   分析与讨论

2.1   碳纳米管对W-20 %Cu 复合粒度的影响

在球磨过程中添加无水乙醇作为球磨介质，无水乙醇不但可以防止粉末的团聚和结块现象使粉末的粒度分布均匀，而且能够缩短粉末的细化时间^[16].图 1 是球磨30 h 添加相含量不同的粒径分布图.

图 1 添加相含量不同的W-20 %Cu 复合粉末粒径分布图

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由图 1（a）粒度分布图可知，粉末粒度（D₅₀=1.06 μm），并且复合粉末粒度已经达到了纳米级，其主要原因是由于粉末在球磨过程中反复与磨球和罐壁产生碰撞、挤压，导致复合粉末不断变形，由于Cu颗粒的延展性比较好，球磨初期变成片状，W 颗粒脆性很大，被撞击后发生脆断，并会被片层状的Cu 颗粒包裹；随着球磨时间的增加，复合粉末会发生断裂、破碎，使复合粉末的粒度逐渐减小.球磨时间长，可以使复合粉末的粒度达到纳米级，图 1（b）粒度分布图中可看出，粉末粒度（D₅₀=0.84 μm），复合粉末明显得到了细化；由此可知，碳纳米管能细化复合粉末，并随着质量分数的增加，细化程度提高.由于采用机械合金化制备复合材料过程中，使碳纳米管能弥散均匀分布在基体中，可以保证碳纳米管与基体有足够的接触面积，增强碳纳米管与基体的结合力，结合力越强，可改善基体与碳纳米管的湿润性，使碳纳米管质量分数增加，增强效果越明显，复合粉末的细化程度提高.

2.2   碳纳米管质量分数对W-Cu 复合材料致密度的影响

表 1是球磨30 h 及添加相含量不同的W-20 %Cu 复合材料的3 项密度.由表 1 可知，随着碳纳米管质量分数的增加，复合材料的理论密度不断减小.W-20 %Cu/C 复合材料理论密度不断减小，主要是因为碳纳米管的密度仅为1.8 g/cm³，比钨和铜的密度要小得多，所以随着碳纳米管质量分数的增加，W-20 %Cu/C复合材料理论密度不断减小.不过试验样品的实际密度较低的原因并不仅仅是因为碳纳米管的密度低而造成的，而是因为复合粉末是采用冷压成型.在冷压成型过程中，压坯内存在一些闭孔，即使烧结过程可以消除一些闭孔，但是并不能完全清除，残留的闭孔直接影响烧结体的密度，所以实测密度较低；从每种W-20 %Cu/C 复合材料的相对密度的结果可以得出，复合材料的致密度并没有达到全致密，最高的只有94 %.

表 1 W-20 %Cu/C 复合材料的各项密度

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另外，从表 1 可以看出，随着碳纳米管质量分数的增加，W-20 %Cu 复合材料的致密度提高，主要有2 个原因：第1，由于W-Cu 复合材料在烧结致密化过程中主要是靠W 颗粒的重排，而碳纳米管有一定的润湿性，在一定程度上能帮助W 颗粒的重排，可影响复合材料的致密化程度.碳纳米管质量分数越高，W 颗粒的重排越容易，孔隙也越容易填充.第2，碳纳米管在高温时与铜的润湿性很好，甚至要比W、Cu之间的润湿性好得多，说明碳纳米管的加入，能够有效地提高复合材料的致密度.同时通过随后的分析可知，碳纳米管加入对提高W-20 %Cu 复合材料的硬度也发挥较大的作用.

2.3   碳纳米管质量分数对W-Cu 复合材料硬度的影响

图 2是碳纳米管质量分数不同的W-20 %Cu 复合材料，从图 2 中可以看出，随着碳纳米管质量分数的增加，W-20 %Cu 复合材料的硬度提高，最高硬度达到483 HV.一方面，采用高能球磨工艺制备的W-20 %Cu/C 复合粉末可得到纳米级晶粒且成分分布均匀，一定程度上扩展W、Cu 间的固溶度.当烧结温度高于Cu 熔点时，Cu 相完全溶化并逐渐向颗粒外流动，填充压坯中孔隙，并促使W 颗粒产生适应性的变形，从而使烧结体获得较高的致密度.另一方面，由于碳纳米管的加入能促进复合粉末细化，加强W-W 之间的连接，而且碳纳米管在高温条件下发挥润滑作用，促进W 颗粒能够在Cu 液相中分布更加均匀，对致密度的提高发挥较大作用.因此，W-20 %Cu 复合粉末粒度越小，晶格畸变增加，提高了复合粉末烧结活性，烧结活性越大，复合材料的致密度提高，材料硬度也随之增加.

图 2 W-20%Cu 复合材料硬度与碳纳米管含量的关系曲线

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3   结论

（1）在机械合金化过程中，添加碳纳米管对WCu复合粉末有细化晶粒作用，并且复合粉末粒度达到纳米级.

（2）在W-20 %Cu 复合材料中添加碳纳米管，提高了复合材料的致密度和硬度，随着碳纳米管质量分数的增加，材料的密度和硬度不断提高.

赵中波

图 1 RheoCAD500型混凝土流变仪及实验程序设置：（a） RheoCAD500型混凝土流变仪；（b）实验程序设置

Fig 1. RheoCAD500 concrete rheometer and experimental program setup:(a) RheoCAD500 concrete rheometer;(b) experimental program settings

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图 2 L3管道和L20管道CAD平面设计:（a）二工区管道（标注L3管道）；（b）三工区管道（标注L20管道）

Fig 2. CAD plan design of pipeline L3 and pipeline L20:(a) pipeline in the second work area（mark L3）;(b) pipeline in the third work area（mark L20）

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图 3 充填管道网格模型图及部分网格划分放大：（a） L3管道网格平面；（b） L20管道网格平面；（c） L3管道网格垂面图示；（d） L20管道网格垂面图示

Fig 3. Grid model of filling pipeline and enlarged view of partial grid division：(a) plan view of L3 pipeline grid；(b) plan view of L20 pipeline grid；(c) vertical view of L3 pipeline grid；(d) vertical view of L20 pipeline grid

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图 4 L3管道和L20管道监测面布置示意：（a） L3管道监测面布置；（b） L20管道监测面布置

Fig 4. Schematic diagram of monitoring surface layout for pipeline L3 and pipeline L20:(a) layout of L3 pipeline monitoring surface；(b) layout of L20 pipeline monitoring surface

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图 5 C1方案残差曲线

Fig 5. Residual curve of C1 scheme

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图 6 C1方案部分管道速度分布图和速度矢量图示：（a）弯管速度分布图示；（b）弯管速度矢量图示；（c）斜管速度分布图示；（d）斜管速度矢量图示；（e）水平管速度分布图示；（f）水平管速度矢量图示

Fig 6. Velocity distribution map and velocity vector map of partial pipeline from C1 scheme：(a) velocity distribution diagram of the curved pipeline；(b) velocity vector diagram of the curved pipeline；(c) velocity distribution diagram of the inclined pipeline；(d) velocity vector diagram of the inclined pipeline；(e) velocity distribution diagram of the horizontal pipeline；(f) velocity vector diagram of the horizontal pipeline

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图 7 水平管断面速度分布图和速度折线图示：（a）水平管1断面速度分布图示；（b）水平管2断面速度分布图示；（c）不同速度水平管断面速度折线图示；（d） 1.73 m/s速度水平管断面速度折线图示

Fig 7. Horizontal pipe cross-section velocity distribution diagram and velocity line diagram：(a) cross section velocity distribution diagram of the horizontal pipeline 1；(b) cross section velocity distribution diagram of the horizontal pipeline 2；(c) line chart of cross-sectional velocity of horizontal pipelines at different speeds；(d) line chart of cross-sectional velocity of horizontal pipelines at 1.73 m/s

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图 8 C1方案部分管道总压云图：（a）弯管总压云图；（b）斜管总压云图；（c）水平管总压云图

Fig 8. Total pressure cloud diagram of partial pipeline from C1 scheme:(a) total pressure cloud diagram of the curved pipeline；(b) total pressure cloud diagram of the inclined pipeline；(c) total pressure cloud diagram of the horizontal pipeline

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图 9 C1方案水平管道断面总压云图：（a）水平管1断面总压云图；（b）水平管2断面总压云图

Fig 9. Horizontal pipeline cross section total pressure cloud chart of C1 Scheme：(a) cross section total pressure cloud diagram of horizontal pipe 1；(b) cross section total pressure cloud diagram of horizontal pipe 2

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图 10 阻力损失Δp与屈服应力τ₀和黏度η之间的关系：（a）阻力损失与屈服应力的关系；（b）阻力损失与黏度的关系

Fig 10. Relationship between resistance loss Δp, yield stress τ₀, and viscosit η:(a) the relationship between resistance loss and yield stress;(b) the relationship between resistance loss and viscosity

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表 1 井下充填制备站至二工区各采场充填管道实际情况

Table 1 Actual situation of filling pipelines from underground filling preparation station to various stopes in second work area

管道编号	充填终点工区	充填终点采场	总长度/m	最大高差/m	充填管道参数变化描述
L1	二工区	6号采场	1 813	71	管道全程管径分2部分：初始部分为143 mm或150 mm大管径；在变径点处分流,向各采场管径缩小为125 mm小管径。
L2	二工区	6号-3采场1	1 721	89
L3	二工区	1号-61采场	2 505	126
L4	二工区	1号-6采场1	1 745	101
L5	二工区	1号-6采场2	1 752	129
L6	二工区	6号-3采场2	1 771	160
L7	二工区	5号-3采场	1 911	156
L8	二工区	7号采场	1 904	140

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表 2 井下充填制备站至三工区各采场充填管道实际情况

Table 2 Actual situation of filling pipelines from underground filling preparation station to various stopes in third work area

管道编号	充填终点工区	充填终点采场	总长度/m	最大高差/m	充填管道参数变化描述
L9	三工区	2号采场正二	1 771	83	管道全程管径相同：均为143 mm或150 mm大管径。
L10	三工区	2-6号采场	1 884	114
L11	三工区	2号采场西六	2 163	111
L12	三工区	5号采场	2 347	115
L13	三工区	2号采场正八	1 617	77
L14	三工区	24号采场	1 081	86
L15	三工区	1号采场	1 561	73
L16	三工区	2号采场	1 493	74
L17	三工区	0号采场	1 830	60
L18	三工区	3号采场	2 169	52
L19	三工区	6号采场	2 461	85
L20	三工区	8号采场	2 639	140
L21	三工区	3-7号采场	1 977	63

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表 3 实验结果记录

Table 3 Record of experimental results

实验编号	材料	水泥用量/ （kg/m³）	质量浓度/%	浆体密度/ （kg/m³）	屈服应力/Pa	黏度/（Pa·s）
T1	全尾砂	300	72	1 939	30.08	0.87
T2	全尾砂	300	73	1 964	37.41	0.98
T3	全尾砂	300	74	1 991	46.10	1.17

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表 4 阻力损失计算

Table 4 Resistance loss calculation

实验编号	浆体密度/（kg/m³）	屈服应力/Pa	黏度/（Pa·s）	沿程阻力损失/（Pa/m）	阻力损失差值/MPa
T1	1 939	30.08	0.87	3 210.10	1.71
T2	1 964	37.41	0.98	3 741.37	2.09
T3	1 991	46.10	1.17	4 517.83	2.65

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表 5 L3管道（初始管径150 mm,分流变径125 mm）模拟方案及流变参数

Table 5 Simulation plan and rheological parameters for pipeline L3 （Initial pipe diameter 150 mm, diversion variable diameter 125 mm）

方案编号	材料	水泥用量/（kg/m³）	质量浓度/%	管径/mm	进料流量/（m³/h）	进料流速/（m/s）	屈服应力/Pa	黏度/（Pa·s）	浆体密度/（kg/m³）
A1	全尾砂	300	72	150转125	110	1.73	30.08	0.87	1 939
A2	全尾砂	300	73	150转125	110	1.73	37.41	0.98	1 964
A3	全尾砂	300	74	150转125	110	1.73	46.10	1.17	1 991
A4	全尾砂	300	72	150转125	100	1.57	30.08	0.87	1 939
A5	全尾砂	300	73	150转125	100	1.57	37.41	0.98	1 964
A6	全尾砂	300	74	150转125	100	1.57	46.10	1.17	1 991
A7	全尾砂	300	73	150转125	80	1.26	37.41	0.98	1 964
A8	全尾砂	300	73	150转125	60	0.93	37.41	0.98	1 964

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表 6 L3管道（初始管径143 mm,分流变径125 mm）模拟方案及流变参数

Table 6 Simulation plan and rheological parameters for pipeline L3 （Initial pipe diameter 143 mm, diversion variable diameter 125 mm）

方案编号	材料	水泥用量/（kg/m³）	质量浓度/%	管径/mm	进料流量/（m³/h）	进料流速/（m/s）	屈服应力/Pa	黏度/（Pa·s）	浆体密度/（kg/m³）
B1	全尾砂	300	72	143转125	100	1.73	30.08	0.87	1 939
B2	全尾砂	300	73	143转125	100	1.73	37.41	0.98	1 964
B3	全尾砂	300	74	143转125	100	1.73	46.10	1.17	1 991
B4	全尾砂	300	72	143转125	90	1.56	30.08	0.87	1 939
B5	全尾砂	300	73	143转125	90	1.56	37.41	0.98	1 964
B6	全尾砂	300	74	143转125	90	1.56	46.10	1.17	1 991

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表 7 L20管道（全长管径150 mm）模拟方案及流变参数

Table 7 Simulation plan and rheological parameters for pipeline L20 （Full length pipe diameter 150 mm）

方案编号	材料	水泥用量/（kg/m³）	质量浓度/%	管径/mm	进料流量/（m³/h）	进料流速/（m/s）	屈服应力/Pa	黏度/（Pa·s）	浆体密度/（kg/m³）
C1	全尾砂	300	72	150	110	1.73	30.08	0.87	1 939
C2	全尾砂	300	73	150	110	1.73	37.41	0.98	1 964
C3	全尾砂	300	74	150	110	1.73	46.10	1.17	1 991
C4	全尾砂	300	72	150	100	1.57	30.08	0.87	1 939
C5	全尾砂	300	73	150	100	1.57	37.41	0.98	1 964
C6	全尾砂	300	74	150	100	1.57	46.10	1.17	1 991
C7	全尾砂	300	72	150	90	1.42	30.08	0.87	1 939

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表 8 L20管道（全长管径143 mm）模拟方案及流变参数

Table 8 Simulation plan and rheological parameters for pipeline L20 （Full length pipe diameter 143 mm）

方案编号	材料	水泥用量/（kg/m³）	质量浓度/%	管径/mm	进料流量/（m³/h）	进料流速/（m/s）	屈服应力/Pa	黏度/（Pa·s）	浆体密度/（kg/m³）
D1	全尾砂	300	72	143	100	1.73	30.08	0.87	1 939
D2	全尾砂	300	73	143	100	1.73	37.41	0.98	1 964
D3	全尾砂	300	74	143	100	1.73	46.10	1.17	1 991
D4	全尾砂	300	72	143	90	1.56	30.08	0.87	1 939
D5	全尾砂	300	73	143	90	1.56	37.41	0.98	1 964
D6	全尾砂	300	74	143	90	1.56	46.10	1.17	1 991

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表 9 L3管道（初始管径150 mm,分流变径125 mm）模拟方案总阻力损失

Table 9 Total resistance loss of pipeline L3 （Initial pipe diameter 150 mm, diversion variable diameter 125 mm） simulation scheme

方案编号	管长/m	管径/mm	进料流量/ （m³/s）	进料流速/ （m/s）	总损失/MPa
A1	2 505	150转125	110	1.73	11.55
A2	2 505	150转125	110	1.73	12.59
A3	2 505	150转125	110	1.73	15.59
A4	2 505	150转125	100	1.57	7.79
A5	2 505	150转125	100	1.57	9.20
A6	2 505	150转125	100	1.57	12.78
A7	2 505	150转125	80	1.26	9.90
A8	2 505	150转125	60	0.93	7.93

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表 10 L3管道（初始管径143 mm,分流变径125 mm）模拟方案总阻力损失

Table 10 Total resistance loss of pipeline L3 （Initial pipe diameter 143 mm, diversion variable diameter 125 mm） simulation scheme

方案编号	管长/m	管径/mm	进料流量/ （m³/s）	进料流速/ （m/s）	总损失/MPa
B1	2 505	143转125	100	1.73	12.58
B2	2 505	143转125	100	1.73	13.67
B3	2 505	143转125	100	1.73	16.96
B4	2 505	143转125	90	1.56	11.35
B5	2 505	143转125	90	1.56	12.21
B6	2 505	143转125	90	1.56	15.10

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表 11 L20管道（全长管径150 mm）模拟方案总阻力损失

Table 11 Total resistance loss of simulation scheme for pipeline L20 （Full length pipe diameter 150 mm）

方案编号	管长/ m	管径/mm	进料流量/ （m³/s）	进料流速/ （m/s）	总损失/MPa
C1	2 639	150	110	1.73	9.21
C2	2 639	150	110	1.73	10.59
C3	2 639	150	110	1.73	14.17
C4	2 639	150	100	1.57	6.22
C5	2 639	150	100	1.57	7.72
C6	2 639	150	100	1.57	11.62
C7	2 639	150	90	1.42	7.64

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表 12 L20管道（全长管径143 mm）模拟方案总阻力损失

Table 12 Total resistance loss of simulation scheme for pipeline L20 （Full length pipe diameter 143 mm）

方案编号	管长/m	管径/mm	进料流量/ （m³/s）	进料流速/ （m/s）	总损失/MPa
D1	2 639	143	100	1.73	9.96
D2	2 639	143	100	1.73	11.46
D3	2 639	143	100	1.73	15.23
D4	2 639	143	90	1.56	8.87
D5	2 639	143	90	1.56	10.26
D6	2 639	143	90	1.56	14.13

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表 13 符合生产要求模拟方案汇总

Table 13 Summary of simulation plans that meet production requirements

方案编号	材料	水泥用量/（kg/m³）	质量浓度/%	管长/m	管径/mm	进料流量/（m³/s）	进料流速/（m/s）	总损失/MPa
A4	全尾砂	300	72	2 505	150转125	100	1.57	7.79
A5	全尾砂	300	73	2 505	150转125	100	1.57	9.20
C1	全尾砂	300	72	2 639	150	110	1.73	9.21
D1	全尾砂	300	72	2 639	143	100	1.73	9.96
D4	全尾砂	300	72	2 639	143	90	1.56	8.87
D5	全尾砂	300	73	2 639	143	90	1.56	10.26

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表 14 阻力损失Δp与尾砂料浆屈服应力τ₀之间的关系表达式

Table 14 Expression for relationship between resistance loss Δp and yield stress τ₀ of tailings slurry

方案编号	管长/m	管径/mm	进料流量/（m³/s）	进料流速/（m/s）	关系表达式
A1-A3	2 505	150转125	110	1.73	$∆ p = 0.012 69 τ_{0}^{2} - 0.714 77 τ_{0} + 21.565 50$
A4-A6	2 505	150转125	100	1.57	$∆ p = 0.013 71 τ_{0}^{2} - 0.732 82 τ_{0} + 17.429 70$
B1-B3	2 505	143转125	100	1.57	$∆ p = 0.014 35 τ_{0}^{2} - 0.819 80 τ_{0} + 24.255 30$
B4-B6	2 505	143转125	90	1.42	$∆ p = 0.013 44 τ_{0}^{2} - 0.789 45 τ_{0} + 22.939 94$
C1-C3	2 639	150	110	1.73	$∆ p = 0.013 96 τ_{0}^{2} - 0.754 15 τ_{0} + 19.260 30$
C4-C6	2 639	150	100	1.57	$∆ p = 0.015 24 τ_{0}^{2} - 0.823 94 τ_{0} + 17.214 53$
D1-D3	2 639	143	100	1.57	$∆ p = 0.014 31 τ_{0}^{2} - 0.760 92 τ_{0} + 19.903 71$
D4-D6	2 639	143	90	1.42	$∆ p = 0.015 96 τ_{0}^{2} - 0.887 63 τ_{0} + 21.127 56$

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表 15 阻力损失Δp与尾砂料浆黏度η之间的关系表达式

Table 15 Expression for relationship between resistance loss Δp and viscosity η of tailings slurry

方案编号	管长/m	管径/mm	进料流量/（m³/s）	进料流速/（m/s）	关系表达式
A1-A3	2 505	150转125	110	1.73	$∆ p = 21.116 43 η^{2} - 29.610 85 η + 21.328 41$
A4-A6	2 505	150转125	100	1.57	$∆ p = 20.079 74 η^{2} - 24.329 35 η + 13.758 17$
B1-B3	2 505	143转125	100	1.57	$∆ p = 24.689 00 η^{2} - 35.765 55 η + 25.008 93$
B4-B6	2 505	143转125	90	1.42	$∆ p = 24.641 15 η^{2} - 37.767 94 η + 25.557 22$
C1-C3	2 639	150	110	1.73	$∆ p = 20.988 84 η^{2} - 26.283 89 η + 16.190 54$
C4-C6	2 639	150	100	1.57	$∆ p = 22.966 51 η^{2} - 28.851 67 η + 13.937 61$
D1-D3	2 639	143	100	1.57	$∆ p = 20.685 81 η^{2} - 24.632 38 η + 15.733 08$
D4-D6	2 639	143	90	1.42	$∆ p = 25.773 52 η^{2} - 35.044 66 η + 19.850 87$

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参考文献(26)

[1]	乔登攀,程伟华,张磊等.现代采矿理念与充填采矿[J].有色金属科学与工程,2011,2(2):7-14.
[2]	WANG X L, YAO W X, WANG H, et al. The directions of R&D on backfill with waste rock and total tailings in underground mine[J].China Mining Magazine, 2011,20(9):76-77.
[3]	YIN S H, SHAO Y J, WU A X, et al. A systematic review of paste technology in metal mines for cleaner production in China[J].Journal of Cleaner Production, 2020,247(11):9590.
[4]	DONG H Z, NURAINI A A, HELMI S M Z, et al. Computational fluid dynamics study on cemented paste backfill slurry: Review[J]. Construction and Building Materials,2023,369(13):558.
[5]	DONG H Z, ABDUL N A, MOHD Z H S, et al. Numerical study on transportation of cemented paste backfill slurry in bend pipe[J]. Processes,2022,10(8):1454.
[6]	黄永刚,饶运章,李勇.充填系统稳定性的在线监测及评价[J].有色金属科学与工程,2016,7(4):121-126.
[7]	吴爱祥,杨莹,程海勇,等.中国膏体技术发展现状与趋势[J].工程科学学报,2018,40(5):517-525.
[8]	WANG Y, WANG Z Q, WU A X, et al. Experimental research and numerical simulation of the multi-field performance of cemented paste backfill: Review and future perspectives[J]. International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials,2023,30(2):193-208.
[9]	程海勇,吴爱祥,吴顺川,等.金属矿山固废充填研究现状与发展趋势[J].工程科学学报,2022,44(1):11-25.
[10]	邱晓伟.膏体管道输送现状分析与技术研究[J].中国矿山工程,2019,48(1):51-53.
[11]	石宏伟,黄吉荣,滕高礼,等.高浓度分级尾砂充填料浆管输阻力影响因素研究与分析[J].有色金属(矿山部分),2019,71(6):89-94.
[12]	吴爱祥,刘晓辉,王洪江,等.结构流充填料浆管道输送阻力特性[J].中南大学学报(自然科学版),2014,45(12):4325-4330.
[13]	张修香,乔登攀,孙宏生.废石-尾砂高浓度料浆管道输送特性模拟[J].中国有色金属学报,2019,29(5):1092-1101.
[14]	杨天雨,乔登攀,王俊,等.废石-风砂高浓度料浆管道输送数值模拟及管输阻力新模型[J].中国有色金属学报,2021,31(1):234-244.
[15]	WU A X, RUAN Z E, WANG Y M, et al. Simulation of long-distance pipeline transportation properties of whole-tailings paste with high sliming[J].Journal of Central South University, 2018,25(1):141-150.
[16]	石宏伟,黄吉荣,乔登攀,等.基于ANSYS FLUENT的超深井长距离膏体充填管道输送模拟研究[J].有色金属(矿山部分),2020,72(2):5-12.
[17]	张善硕.全尾矿砂充填体室内配比试验及管输数值模拟研究[D].广州：广州大学,2019.
[18]	侯俊,程文文,张小瑞,等.基于FLUENT的磷石膏膏体充填料浆管道输送模拟[J].现代矿业,2018,34(4):148-152.
[19]	罗涛,张亮,姜亮亮,等.高浓度全尾砂料浆流变特性参数试验及管道输送研究[J].有色金属科学与工程,2015,6(4):86-90.
[20]	陈建宏,陈峤曦,张钦礼,等.基于Fluent的充填料浆管道输送阻力模拟[J].科技导报,2015,33(9):64-68.
[21]	DOS SANTOS J D B,ANJOS G R,SAVI M A. An investigation of fluid-structure interaction in pipe conveying flow using reduced-order models[J]. Meccanica,2022,57(10):2473-2491.
[22]	陈寅,郭利杰,邵亚平,等.粗骨料膏体充填料浆流变特性与管道输送阻力计算[J].中国矿业,2018,27(12):178-182.
[23]	杨纪光,王义海,吴再海等.某金矿全尾砂高浓度充填流变特性与微观结构的分析[J].有色金属科学与工程,2023,14(2):249-256.
[24]	张钦礼,刘奇,赵建文,等.深井似膏体充填管道的输送特性[J].中国有色金属学报,2015,25(11):3190-3195.
[25]	熊庭,张梦达,危卫,等.泥浆管道输送特性的CFD模拟[J].人民黄河,2018,40(4):19-23.
[26]	王新民,贺严,陈秋松.基于Fluent的分级尾砂料浆满管流输送技术[J].科技导报,2014,32(1):53-58.

施引文献(9)

期刊类型引用(7)

1.	邱小英，蓝桥发，邱小兵，黄金. 熔盐电解法制备Y-Ni合金工艺研究. 稀土. 2024(02): 105-112 . 百度学术
2.	彭军军，王旭，蔡伯清，石忠宁，任如山. LiF-[CaF_2/YbF_3]-Yb_2O_3熔盐及Yb-Ni合金密度特性研究. 有色金属科学与工程. 2024(02): 189-194 . 本站查看
3.	曾露雪，边子俊，宁周神，陈明，董伟. 稀土铽对斑马鱼急性毒性及抗氧化酶活性的影响. 有色金属科学与工程. 2024(04): 623-632 . 本站查看
4.	李琳穗，徐明钟，苏严. 原料物理性能对稀土氟盐电解影响的研究. 广州化工. 2024(20): 53-56+88 . 百度学术
5.	刘雯雯，赖华生，王玉香，周有池. La/Y比对A_2B_7型La-Y-Ni储氢合金性能的影响. 矿冶工程. 2023(02): 149-153 . 百度学术
6.	张永健，蔡伯清，王旭，王瑞祥，石忠宁. LiF-CaF_2-Yb_2O_3熔盐及Ni-Yb合金表面张力研究. 有色金属科学与工程. 2023(06): 802-807 . 本站查看
7.	刘力，杨天辉，周曦，孟冉浩. 氢化物对Mg_2Ni基合金储氢性能的影响. 有色金属科学与工程. 2023(06): 825-832 . 本站查看

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0 引言
1 试验材料及方法
2 分析与讨论
2.1 碳纳米管对W-20 %Cu 复合粒度的影响
2.2 碳纳米管质量分数对W-Cu 复合材料致密度的影响
2.3 碳纳米管质量分数对W-Cu 复合材料硬度的影响
3 结论

基于ANSYS-FLUENT的云南某锡矿尾砂料浆管道输送设计研究

通讯作者: 乔登攀（1969— ）,博士,教授,主要研究方向为采矿工艺及理论。E-mail： 1215550723@qq.com

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出版历程

Research on pipeline transportation design of tailings slurry from a tin mine in Yunnan Province based on ANSYS-FLUENT

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1 试验材料及方法

2 分析与讨论

2.1 碳纳米管对W-20 %Cu 复合粒度的影响

2.2 碳纳米管质量分数对W-Cu 复合材料致密度的影响

2.3 碳纳米管质量分数对W-Cu 复合材料硬度的影响

3 结论

期刊类型引用(7)

其他类型引用(2)

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出版历程

目录

0 引言

1 试验材料及方法

2 分析与讨论

2.1 碳纳米管对W-20 %Cu 复合粒度的影响

2.2 碳纳米管质量分数对W-Cu 复合材料致密度的影响

2.3 碳纳米管质量分数对W-Cu 复合材料硬度的影响

3 结论

通讯作者:
乔登攀（1969—　）,博士,教授,主要研究方向为采矿工艺及理论。E-mail： 1215550723@qq.com