垂直管道水力输送的水击研究与AMESim仿真分析

为降低深海采矿中矿物垂直水力提升中的水击现象,根据垂直管固液两相流的特征,考虑固液两相流密度、浓度、弹性模量等特点,对垂直管水力提升不稳定流开展研究。推导出粗颗粒—匀质浆体两相流提升水击压力波波速方程、连续方程和运动方程,并且基于AMESim软件搭建了垂直管道水击仿真模型。分析了不同管道长度、不同管道直径以及不同颗粒浓度下的水击特性。仿真结果表明:每增加18 m管道长度,平均可以降低约12%的压力峰值,同时减小压力波对管道壁的冲击;每增加10 mm管道直径,也可以降低约7%的压力峰值,但流速增加,紊流强度增大;粗颗粒浓度每增加6%,压力峰值相应增加约2%,与此同时对管道壁的冲击也增加。研究方法及结论对于实际深海采矿中的垂直管道提升具有指导借鉴意义。