H-B模型在似膏体管道输送数值模拟中的应用分析

"H-B模型在似膏体管道输送数值模拟中的应用" 正文: 似膏体管道输送技术在当今的胶结充填工艺中扮演着重要角色，尤其在矿山开采领域，这种技术因其环保和经济性而备受关注。似膏体料浆是一种高浓度的混合物，通常由似膏体胶凝材料、煤矸石、粉煤灰等废弃物组成，其真实质量浓度可达到72%至78%，呈现出类似牙膏的稠度，因此得名“似膏体”。由于其较高的质量浓度，似膏体充填可以提供比水力充填更高的填充体强度，并且在地下环境中不易脱水。同时，其流动性相对膏体充填料浆更好，适合通过管道进行远程输送。 在似膏体的流动特性描述中，关键在于理解其特殊的流变行为。文中提到的流变方程τ=τ0+k*γ表明，剪切应力τ与剪切速率γ之间存在非线性关系，其中τ0是初始屈服应力，k是塑性粘度，这两个参数是描述似膏体流动特性的关键。这个方程揭示了似膏体在静止时会表现出一定的抵抗形变的能力（即屈服应力），而在剪切作用下，其粘度会随剪切速率的增加而变化。 Herschel-Bulkley (H-B)模型是理解似膏体这种复杂流变行为的重要工具。该模型是流体力学软件FLUENT中用于模拟宾汉塑性体的一种粘度模型，它可以描述材料在低剪切速率下的固态特性以及在高剪切速率下的液态特性。在H-B模型中，粘度随剪切速率的变化包含了一个屈服应力项和一个与剪切速率成比例的塑性粘度项。这种模型能够有效地捕捉似膏体在管道输送过程中，从静态到动态流动的转变过程。 为了验证H-B模型在似膏体管道输送中的适用性，作者进行了数值模拟和理论计算的对比分析。通过将H-B模型应用于数值模拟，然后将模拟结果与理论计算结果对比，发现在误差范围内两者吻合良好，从而证实了H-B模型对于预测和理解似膏体在管道中的流动行为是合理的。 在实际应用中，似膏体充填材料的配比是至关重要的，包括选择合适的胶凝剂、粗骨料和细骨料，如破碎煤矸石、炉渣、劣质沙、河沙、含砂土、白灰渣和粉煤灰等。通过精确控制这些成分的比例，可以制备出质量浓度为76%，密度约为1900kg/m³的似膏体，以满足理想的流动性和强度需求。 H-B模型为似膏体管道输送的数值模拟提供了科学依据，有助于优化输送过程，减少能量消耗，提高输送效率，并确保矿山开采的安全和可持续性。这一研究对于提升似膏体充填技术的性能和推广具有重要的实践意义。