易流态化固体散装货物晃荡特性的数值与试验研究

摘要

随着我国经济快速发展，国内对精矿粉与粉矿的需求量与日俱增，由于国内部分矿产资源的匮乏或开采成本高，人们大多选择国外购买并通过海运方式将其运输到国内。精矿粉和粉矿属于易流态化货物由于其自身特殊的物理、化学特性，在海运过程发生形态的变化，对船舶的安全运输构成威胁。随着易流态化货物海上运输量的激增，其在运输途中发生的事故数量也随之增加，给人们带来了严重的财产损失。因此关于易流态化货物的研究有着重要的现实意义。
　　易流态化货物有很多种，本文选择红土镍矿进行研究分析，为其他种类的易流态化货物的研究提供借鉴。本文首先对红土镍矿的基本性质进行研究，了解其内部水分的存在形式、土体颗粒间的连结、土的变形原理以及自由水产生的原理，对不同含水率下两组不同粒径大小的红土镍矿表现出来的特性进行初步记录。
　　为了数值模拟中能够更好模拟流态化后的红土镍矿，利用 NDJ-4s粘度计对不同含水率下的红土镍矿进行粘度测量，通过换算得到剪切速率指数和稠度系数。对于自由水的粘度则利用ZNN-D6粘度计用快速两点法求出其粘度值。
　　根据力学相似理论以及六自由度运动仪的大小和工作能力设计货舱模型，配制不同含水率的红土镍矿进行不同横摇角度和频率的横摇实验，观察其运动特性。根据实验现象，提出对初稳性高的修正。实验完成后对不同含水率的红土镍矿进行含水率测试确定实际实验中红土镍矿的真实含水率，并为红土镍矿的适运水分限提出建议。
　　最后利用Fluent模拟二维横摇实验，对数值模拟中的迭代步数、迭代步长以及网格数量进行了讨论，得出效率较高、计算精度符合要求的一套结果。接着利用粘度测试得到的流变参数，对Fluent里自带的不同的非牛顿流体模型进行新材料定义，通过计算、比较，得到合理的能够模拟流态化后的红土镍矿的数学模型。接着对部分横摇实验的工况进行模拟，得到实验中无法获取的数据和信息。
　　本文所用的数值模拟方法虽然无法很好模拟红土凝聚-触变结构被破坏前的性质与变形规律，但是对胶溶状态下的横摇情况还是可以较为准确地模拟，为后续研究提供很好的参考价值。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 研究内容、目的与意义

1.2 相关内容国内外研究现状

1.3 论文研究内容

第2章 红土镍矿的基本性质

2.1 红土镍矿的基本认识

2.2 自由水出现的成因

2.3 表征易流态性的物理量

2.4 不同含水率下红土镍矿的物理性质

2.5 本章小结

第3章 红土粘度测量

3.1 粘度测试原理及方法

3.2 粘度测量步骤

3.3 含水率测定

3.4 测量结果

3.5 本章小结

第4章 货舱模型横摇试验

4.1 模型试验条件

4.2 实验工况

4.3 试验结果与分析

4.4 本章小结

第5章 货舱横摇的数值模拟

5.1 数值模拟理论基础

5.2 模型建立与横摇的实现

5.3 若干影响计算精度的参数设置讨论

5.4 数值结果与试验结果比较

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录A：泥沙运动的相似条件

A.1推移质运动的相似

A.2悬疑质运动相似