·1318· 工程科学学报，第39卷，第9期 间的水分析出，并产生了相互的黏结力，导致阻力增 加，尾砂的自重应力并不能完全克服黏结力，只有放砂 管上方的尾砂浆在重力的作用下，从砂仓中放出，并且 形成“烟柱”形状的通道，导通澄清水，对放出的尾砂 进行烘干称重，结果显示在自重作用下，砂仓放出尾砂 浆质量1.826kg,烘干后尾砂质量为1.0828kg,放出尾 砂质量分数仅为59.3%. d 2.3.2超声波双振子作用下放砂试验 同样取尾砂5kg,水7.5kg搅拌均匀注入砂仓模 型中，等待尾砂沉降90min之后，取出上层澄清水 5.5kg.选取频率20kHz,功率为50W的振子，安装在 砂仓模型的锥面两侧，如图6所示.打开超声波发生 器施加超声波，作用时间5min,之后打开放砂管进行 图7超声波作用下放砂过程.(a)第一阶段：(b)第二阶段：(c) 放砂试验并观察试验现象， 第三阶段：(d)第四阶段 Fig.7 Sand discharge under ultrasonic:(a)stage 1;(b)stage 2; (c)stage 3;(d)stage 4 在放砂管口位置锥形底的四个棱角处的尾砂没有排出 砂仓，这是因为限制于超声波振子安装位置，及超声波 具有一定的传播指向性所致.砂仓上部尾砂没有排出 的原因是因为超声波在砂浆中传播发生了衰减，而对 侧没有出现尾砂残留的原因是采用了有机玻璃材料， 尾砂浆与有机玻璃间的黏结力较小.在装有振子的两 图6振子安装示意图（单位：mm) 侧仓壁上，没有尾砂板结现象发生，因此超声波可以改 Fig.6 Transducer installation diagram (unit:mm) 善砂仓尾砂沉积和板结的现象. 2.3.3试验现象及结果 超声波放砂可以分为以下四个阶段： (1)放砂开始时，砂仓底部放砂管口位置的尾砂 在上部压力以及自身重力作用下先行放出，由于超声 波振子垂直于锥面安装，超声波传播具有一定的指向 性，不能对管口位置的尾砂浆进行振动流化作用，而且 因为管口位置的尾砂浆由于受到上部压力，砂浆致密 化，所以开始阶段放出速率低，放出浓度高，后期对此 阶段尾砂进行烘干，尾砂质量分数可达83.96%，管口 图8放砂完成情况 位置的放砂情形如图7(a)所示. Fig.8 Completion of sand discharge (2)随着管口位置尾砂的放出，超声波振子对砂 通过表4对比有无超声作用下砂仓放砂情况， 仓内的尾砂进行了振动流化，尾砂放砂速率有所增加， 在超声作用下，可放出质量分数为74.04%的尾砂浆 且放出的尾砂较为均匀，流动性较好，后期烘干测试结 体，放出总量与放出浓度与无超声作用相比，都明显 果显示，此阶段放出质量2.069kg,尾砂质量分数为 提高. 76.97%,放出砂浆情形如图7(b)所示. (3)随着放砂的进行，上部澄清水随尾砂大量涌 3超声波作用下尾砂砂浆流变试验 出，尾砂浆质量浓度急剧降低，后期测试此阶段放出尾 3.1试验装置及步骤 砂质量分数为66%，放出结果如图7(c)所示 流变参数测量装置采用美国Brookfield公司生产 (4)澄清水涌出后，黏于仓壁上的尾砂砂浆在超 的R/S-SST软固体测试仪，超声波振子功率50W,频 声波的作用下继续放出，放出速率较低，后期烘干测试 率20kHz,对不同浓度砂浆用超声波处理5min后，测 结果显示此阶段尾砂质量分数为76.9%，如图7(d). 试黏度及屈服应力值，与无超声波作用的砂浆进行对 通过对放砂完成后砂仓内情况（图8）观察发现， 比，试验设备如图9所示工程科学学报,第 39 卷,第 9 期 间的水分析出,并产生了相互的黏结力,导致阻力增 加,尾砂的自重应力并不能完全克服黏结力,只有放砂 管上方的尾砂浆在重力的作用下,从砂仓中放出,并且 形成“烟柱冶形状的通道,导通澄清水,对放出的尾砂 进行烘干称重,结果显示在自重作用下,砂仓放出尾砂 浆质量 1郾 826 kg,烘干后尾砂质量为 1郾 0828 kg,放出尾 砂质量分数仅为 59郾 3% . 2郾 3郾 2 超声波双振子作用下放砂试验 同样取尾砂 5 kg,水 7郾 5 kg 搅拌均匀注入砂仓模 型中,等待尾砂沉降 90 min 之后,取出上层澄清水 5郾 5 kg. 选取频率 20 kHz,功率为 50 W 的振子,安装在 砂仓模型的锥面两侧,如图 6 所示. 打开超声波发生 器施加超声波,作用时间 5 min,之后打开放砂管进行 放砂试验并观察试验现象. 图 6 振子安装示意图(单位:mm) Fig. 6 Transducer installation diagram (unit:mm) 2郾 3郾 3 试验现象及结果 超声波放砂可以分为以下四个阶段: (1)放砂开始时,砂仓底部放砂管口位置的尾砂 在上部压力以及自身重力作用下先行放出,由于超声 波振子垂直于锥面安装,超声波传播具有一定的指向 性,不能对管口位置的尾砂浆进行振动流化作用,而且 因为管口位置的尾砂浆由于受到上部压力,砂浆致密 化,所以开始阶段放出速率低,放出浓度高,后期对此 阶段尾砂进行烘干,尾砂质量分数可达 83郾 96% ,管口 位置的放砂情形如图 7(a)所示. (2)随着管口位置尾砂的放出,超声波振子对砂 仓内的尾砂进行了振动流化,尾砂放砂速率有所增加, 且放出的尾砂较为均匀,流动性较好,后期烘干测试结 果显示,此阶段放出质量 2郾 069 kg,尾砂质量分数为 76郾 97% ,放出砂浆情形如图 7(b)所示. (3)随着放砂的进行,上部澄清水随尾砂大量涌 出,尾砂浆质量浓度急剧降低,后期测试此阶段放出尾 砂质量分数为 66% ,放出结果如图 7(c)所示. (4)澄清水涌出后,黏于仓壁上的尾砂砂浆在超 声波的作用下继续放出,放出速率较低,后期烘干测试 结果显示此阶段尾砂质量分数为 76郾 9% ,如图 7(d). 通过对放砂完成后砂仓内情况(图 8)观察发现, 图 7 超声波作用下放砂过程. (a)第一阶段;(b)第二阶段;(c) 第三阶段;(d)第四阶段 Fig. 7 Sand discharge under ultrasonic:( a) stage 1; ( b) stage 2; (c) stage 3; (d) stage 4 在放砂管口位置锥形底的四个棱角处的尾砂没有排出 砂仓,这是因为限制于超声波振子安装位置,及超声波 具有一定的传播指向性所致. 砂仓上部尾砂没有排出 的原因是因为超声波在砂浆中传播发生了衰减,而对 侧没有出现尾砂残留的原因是采用了有机玻璃材料, 尾砂浆与有机玻璃间的黏结力较小. 在装有振子的两 侧仓壁上,没有尾砂板结现象发生,因此超声波可以改 善砂仓尾砂沉积和板结的现象. 图 8 放砂完成情况 Fig. 8 Completion of sand discharge 通过表 4 对比有无超声作用下砂仓放砂情况, 在超声作用下,可放出质量分数为 74郾 04% 的尾砂浆 体,放出总量与放出浓度与无超声作用相比,都明显 提高. 3 超声波作用下尾砂砂浆流变试验 3郾 1 试验装置及步骤 流变参数测量装置采用美国 Brookfield 公司生产 的 R/ S鄄SST 软固体测试仪,超声波振子功率 50 W,频 率 20 kHz,对不同浓度砂浆用超声波处理 5 min 后,测 试黏度及屈服应力值,与无超声波作用的砂浆进行对 比,试验设备如图 9 所示. ·1318·