乳化炸药现场混装车高粘乳胶基质的输送减阻研究

摘要

乳化炸药现场混装车是近年以来我国民爆行业大力推广的新技术、新设备，具有广阔的应用前景。乳胶基质输送子系统作为乳化炸药现场混装车上最重要的子系统之一，其对高粘乳胶基质输送性能是衡量乳化炸药现场混装车的技术水平的重要指标。
　　 基于我国国民经济高速发展对矿产资源需求的急剧增长，特别是为了缓解国内部分种类的矿产资源日益枯竭的严峻形势，越来越多原来不便开采的中小型矿山应运而生，使得乳化炸药现场混装车的爆破作业条件越来越恶劣。因此，在新的形势下，高粘乳胶基质在低温环境下的小直径、远距离、低能耗、安全地输送成为亟需攻克的行业技术热点和难点之一。
　　 目前，行业内普遍采用水环润滑的减阻方式给乳胶基质在管道中的输送进行减阻，使高粘度的乳胶基质在管道中心流动，而低粘度的流体(如水等粘度较低的流体)环绕在乳胶基质和管壁之间流动，即可避免高粘度的乳胶基质与管壁的直接接触，此时低粘度流体占据了高剪切区域，绝大部分压力损耗将由输送低粘度流体产生，这就是水环减阻的机理。水环输送高粘乳胶基质从理论上可行，但是其减阻效果如何、具体与哪些参数紧密相关则需要做进一步的研究。
　　 本文结合BCHR系列乳化炸药现场混装车的技术升级课题的研究，从流体力学理论分析入手，探讨了同心层流、湍流水环情形下，水环流与乳胶基质流的输送速度分布和各自的流量计算式，以及在工程应用上判断获得层流水环向湍流水环转捩的条件。同时，得出了水环在层流和湍流状态下的最优水环厚度值。
　　 运用流体分析软件FLUENT对水环输送乳胶基质进行了数值模拟，验证了最优水环厚度值时，水环输送压力降最小。对比了同等条件下输送纯水和纯基质的压力损耗，发现使用水环输送乳胶基质与输送纯水的压力损耗几乎相等，而输送纯乳胶基质时的压力损耗较前两者提高了三个数量级。
　　 结合工程实际应用，以BCHR系列乳化炸药现场混装车作为试验平台，验证了水环输送乳胶基质的减阻效果，测定了水环润滑装置的结构参数、水环溶液与乳胶基质的输送速度比值等因素对其影响程度的数据。
　　 研究结果表明:在有稳定水环存在的前提下，乳胶基质的高粘度是有利于输送的;在对水环溶液进行适当的处理后，不仅可以有效地避免水环的偏心，而且还可以适应低温工况环境下的基质输送要求;只要选用适当的水环结构参数及适当的水环流速与基质流速比值，小直径管道水环输送乳胶基质距离是可以拓展到50～100m的。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 乳化炸药现场混装车的研究进展

1．1．1 乳化炸药及其现场混装设备简介

1．1．2 国外乳化炸药现场混装设备发展概况

1．1．3 国内乳化炸药现场混装设备发展概况

1．2 水环润滑理论及技术的研究进展

1．2．1 水环润滑机理

1．2．2 国外水环润滑理论及技术的发展概况

1．2．3 国内水环润滑理论及技术的发展概况

1．2．4 水环润滑在乳化炸药现场混装车上的应用

1．3 本论文研究目的及意义

1．4 本论文研究方法及主要内容

1．4．1 本论文研究方法

1．4．2 本论文研究的主要内容

1．5 本章小结

第2章 乳胶基质水环输送的机理研究

2．1 流体的流变类型及乳胶基质的流变模式

2．1．1 流体的流变模式及流变方程

2．1．2 乳胶基质流变性的测试原理

2．2 同心水环模型的理论计算与分析

2．2．1 同心水环层流状态

2．2．2 同心水环由层流向湍流转捩的判据

2．2．3 同心水环湍流状态

2．2．4 水环润滑装置的结构设计优化值

2．3 偏心水环的分析

2．3．1 偏心水环产生的原因

2．3．2 抑制偏心水环的措施

2．3．3 高聚物水溶液抑制水环偏心的机理分析

2．4 本章小结

第3章 基于FLUENT的乳胶基质水环输送数值模拟

3．1 计算流体动力学(CFD)及常用数值求解方法

3．1．1 计算流体动力学概述

3．1．2 计算流体力学基本方程

3．1．3 计算流体动力学的数值模拟方法

3．2 FLUNET软件介绍

3．2．1 FLUENT基本程序结构

3．2．2 FLUENT软件功能

3．3 乳胶基质水环输送的FLUENT数值模拟

3．3．1 GAMBIT的前处理

3．3．2 FLUENT的解算设置

3．3．3 模拟结果与分析

3．4 本章小结

第4章 乳胶基质水环输送的试验研究

4．1 乳胶基质水环输送试验平台介绍

4．2 试验方案

4．2．1 未使用水环润滑装置

4．2．2 使用水环润滑装置

4．3 试验数据分析

4．3．1 未使用水环润滑装置的试验数据分析

4．3．2 使用水环润滑装置的试验数据分析

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢