·278· 工程科学学报，第37卷，第3期 系，在某些小孔隙中流速较大，而某些大孔隙流速较 够反映渗透性情况又能全面合理地反映整个截面的流 低.这是因为流速的分布很大程度上受孔隙纵向连通 速分布特性，可比性好.均匀性指数计算公式如下： 性的影响.此外，受到壁面效应的影响，壁面附近溶液 (w:-02 流动速度一般大于其他部分的速度，这种壁面效应随 (2) 着流量的增大表现得更为明显.通过量化分析，饱和 式中：y为均匀性指数，在0~1之间变化，y越大说明 柱浸渗流实验中，细观尺度下整体渗流速度满足基于 流动越均匀；n为速度像素点数；w:和而分别为单像素 统计学的达西定律，矿堆内溶液流速主要取决于该区 速度和截面平均速度：ⅱ为溶液流动像素点数 域内颗粒性质 根据单像素流速确定不同流量图像中的取值和 3.2.2流量对流速值分布的影响 心：的范围；将图像进行二值化处理并提取数据，1代表 渗流速度值分布随外加条件的变化而变化，其概 孔隙，0代表颗粒，计算出截面孔隙面积、孔隙率和平 率分布可描述渗流特点.建立流速值分布概率图，如 均流速，进而得到不同流量下速度分布均匀性指数 图4.分析表明，不同流量下流速整体分布具有相似 性，速度分布以低流速为主，速度值越高其分布范围越 各参数计算结果如表1. 小。区域最大流速值随流量的增强而减小，说明随着 表1参数的计算结果 流量增强，流动区域逐渐增大，低流速区域相对增多 Table 1 Calculation results of parameters 截面内最大流速与流量呈正相关. 总流量/ 孔隙率/ 喷淋强度/ 均匀性 分析作用机理，由于不同粒级颗粒随机分布、紧密 i值 (L.min-1) % (L·cm-2.h-l) 指数 堆积、压实等原因，渗流通道受喉道尺寸控制，难以形 0 37.20 0 0 成良好的贯穿通道.此外，细观尺度下渗流通道为颗 0.3 37.20 0.4754 1898 0.8966 粒间孔隙的连通道，迂曲率大的通道内受高流量影响， 0.4 37.20 0.6339 2691 0.8573 速度场产生漩涡场、逆流等现象，更降低了垂直方向的 0.5 37.20 0.7924 2924 0.8439 渗透性能.所以，大部分区域，流速较低，仅有少量点 流速较高.在顺畅的通道中，细观层面的渗流速度场 溶液静止时，均匀性指数为1.建立流速分布均匀 受表面黏滞力、毛细吸力、孔隙压力等微观作用力影响 性指数与截面内喷淋强度的关系，如图5.结果表明， 是有限的.通道中阻力变化小，重力对其影响占主导 当喷淋强度由零开始增大时，溶液通过导水能力强的 地位，容易产生优势流等情况.所以流速会随着流量 通道快速流出矿堆，产生优势流.截面内速度场均匀 的增强而明显加强，不同流量下其最大流速逐渐增大 性的变化大，此时低渗透性区域溶液更新慢，易形成浸 出盲区，盲区对浸出初期影响不大，但浸出进入中后期 20 流量0.3L,·min ◆一流t0.41.…minl ◆-流量0.5L·min 时，浸出盲区矿物难以回收，影响浸出率和回收率。当 喷淋强度达到0.7L·cm2·h1时，均匀指数曲线变化 趋势趋于平缓，指数值稳定在0.84~0.85之间.此 后，流量的变化对渗流速度场分布的均匀性作用并不 明显，速度场相对稳定.所以0.7L·cm2h为此粒 1.00果 0.96 0.5 1.0 1.5 流速(cm·s 图4流速值颍率分布 Fig.4 Velocity value distribution 0.88 3.2.3速度场均匀性与流量关系 堆浸系统中溶液分布不均是影响整体浸出效果的 0.84 主要渗流问题之一.研究堆浸体系中溶液的渗流 0.2 0.4 0.6 0.8 速度场分布均匀性，必须对给出合理的评判准则，才能 喷淋强度L·m2.h 有效改善溶浸液流动特性.本文采用统计偏差定义的 图5均匀性指数与喷淋强度关系 均匀性指数来建立评价流速分布均匀性的准则，既能 Fig.5 Relationship between evenness index and spray intensity工程科学学报，第 37 卷，第 3 期 系，在某些小孔隙中流速较大，而某些大孔隙流速较 低． 这是因为流速的分布很大程度上受孔隙纵向连通 性的影响． 此外，受到壁面效应的影响，壁面附近溶液 流动速度一般大于其他部分的速度，这种壁面效应随 着流量的增大表现得更为明显． 通过量化分析，饱和 柱浸渗流实验中，细观尺度下整体渗流速度满足基于 统计学的达西定律，矿堆内溶液流速主要取决于该区 域内颗粒性质． 3. 2. 2 流量对流速值分布的影响 渗流速度值分布随外加条件的变化而变化，其概 率分布可描述渗流特点． 建立流速值分布概率图，如 图 4． 分析表明，不同流量下流速整体分布具有相似 性，速度分布以低流速为主，速度值越高其分布范围越 小． 区域最大流速值随流量的增强而减小，说明随着 流量增强，流动区域逐渐增大，低流速区域相对增多． 截面内最大流速与流量呈正相关． 分析作用机理，由于不同粒级颗粒随机分布、紧密 堆积、压实等原因，渗流通道受喉道尺寸控制，难以形 成良好的贯穿通道． 此外，细观尺度下渗流通道为颗 粒间孔隙的连通道，迂曲率大的通道内受高流量影响， 速度场产生漩涡场、逆流等现象，更降低了垂直方向的 渗透性能． 所以，大部分区域，流速较低，仅有少量点 流速较高． 在顺畅的通道中，细观层面的渗流速度场 受表面黏滞力、毛细吸力、孔隙压力等微观作用力影响 是有限的． 通道中阻力变化小，重力对其影响占主导 地位，容易产生优势流等情况． 所以流速会随着流量 的增强而明显加强，不同流量下其最大流速逐渐增大． 图 4 流速值频率分布 Fig． 4 Velocity value distribution 3. 2. 3 速度场均匀性与流量关系 堆浸系统中溶液分布不均是影响整体浸出效果的 主要渗流问题之一［16］． 研究堆浸体系中溶液的渗流 速度场分布均匀性，必须对给出合理的评判准则，才能 有效改善溶浸液流动特性． 本文采用统计偏差定义的 均匀性指数来建立评价流速分布均匀性的准则，既能 够反映渗透性情况又能全面合理地反映整个截面的流 速分布特性，可比性好． 均匀性指数计算公式如下: γ = 1 － 1 2n ∑ n i = 1 槡( wi － w) 2 w ． ( 2) 式中: γ 为均匀性指数，在 0 ～ 1 之间变化，γ 越大说明 流动越均匀; n 为速度像素点数; wi 和 w 分别为单像素 速度和截面平均速度; i 为溶液流动像素点数． 根据单像素流速确定不同流量图像中 i 的取值和 wi 的范围; 将图像进行二值化处理并提取数据，1 代表 孔隙，0 代表颗粒，计算出截面孔隙面积、孔隙率和平 均流速，进而得到不同流量下速度分布均匀性指数． 各参数计算结果如表 1． 表 1 参数的计算结果 Table 1 Calculation results of parameters 总流量/ ( L·min － 1 ) 孔隙率/ % 喷淋强度/ ( L·cm － 2·h － 1 ) i 值 均匀性 指数 0 37. 20 0 0 1 0. 3 37. 20 0. 4754 1898 0. 8966 0. 4 37. 20 0. 6339 2691 0. 8573 0. 5 37. 20 0. 7924 2924 0. 8439 图 5 均匀性指数与喷淋强度关系 Fig． 5 Ｒelationship between evenness index and spray intensity 溶液静止时，均匀性指数为 1． 建立流速分布均匀 性指数与截面内喷淋强度的关系，如图 5． 结果表明， 当喷淋强度由零开始增大时，溶液通过导水能力强的 通道快速流出矿堆，产生优势流． 截面内速度场均匀 性的变化大，此时低渗透性区域溶液更新慢，易形成浸 出盲区，盲区对浸出初期影响不大，但浸出进入中后期 时，浸出盲区矿物难以回收，影响浸出率和回收率． 当 喷淋强度达到 0. 7 L·cm － 2·h － 1时，均匀指数曲线变化 趋势趋于平缓，指数值稳定在 0. 84 ～ 0. 85 之间． 此 后，流量的变化对渗流速度场分布的均匀性作用并不 明显，速度场相对稳定． 所以 0. 7 L·cm － 2·h － 1 为此粒 · 872 ·