较高流速下水煤浆的流变特性实验研究

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇较高流速下水煤浆的流变特性实验研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：本文通过管流法实验，研究了较高流速条件下的水煤浆管道流动的流变特性，对较高流速下的水煤浆的流变特性进行分析和讨论。

关键词：水煤浆；流变特性；滑移特性；较高流速

引言

水煤浆具有液体一样的流动性和稳定性，被称为液态煤炭产品。使用水煤浆替代燃油和燃气是理想方案。水煤浆的流变特性主要研究流体的剪切应力和剪切速率之间关系的规律，它是研究非流体力学流动规律的基础。本次实验旨在研究水煤浆在较高流速下管道输送过程中的流变特性、滑移特性及参数变化规律，获得较大雷诺数下的水煤浆流变特性和流动特性。为水煤浆输送和管路设计提供一定的理论和实验依据，为工程应用提供设计参数。

1）管流法的原理及流变模型

管流法测量流体的流变模型时，流体在管道内做恒定剪切流动，通过测量流体流经管道内的体积流量及一段管长L上相应的压降ΔP，它们通过一定的转换都能间接地提供流体的剪切速率与剪切应力之间的关系。

用管流法原理测量水煤浆的流变特性时，认为水煤浆是不可压缩的流体，并对其在管道内的流动作如下假设：粘性层流、稳定流动、均匀流动、沿管壁无滑移。

在上述假设下，设水平圆管的内径为D，流体在管内流动的体积流量为Qc，在管长L上产生的流体压降为ΔP，对流体层流流动方程式如下：ΔP=4τwLDτr=rRτwγw=4QcπR31+3n′4n′

三式即可确定流体的流变模型[2]。

2）水煤浆的级配

试验煤种为神华煤，颗粒真实密度为1.365g/cm3，煤粉经过标准筛筛分，三种颗粒的平均粒径分别为52μm、156μm和266μm。所有浆体均由煤粉、自来水和添加剂（由南京大学水煤浆国家工程研究中心提供）在储罐中经过充分搅拌混合而成。当浆体固相体积分数改变时，均采用新制备的浆体。所有制备的浆体中添加剂的量均采用添加剂（kg）/煤粉（kg）保持在相同水平。采用双峰分布颗粒制浆，小颗粒能够进入到大颗粒无法进入的空隙，小颗粒在这空隙中充当了“”的作用，从而能够有效地降低浆体的黏度，增加浆体的最大体积分数。经实验验证。当小颗粒体积分数为35%时，体积浓度分别为46.4%和49.1%的浆体黏度最小。

3、水煤浆流变特性实验

3.1试验样品

采用神华煤按照第三章获得的最佳配比进行配浆，分批加入煤粉、水以及添加剂，搅拌器不停搅拌，共制备了两种不同浓度的水煤浆进行比较，共制备了两种不同浓度的水煤浆进行比较质量浓度分别为：56.484 %、54.9376 % 。

3.2试验流程

开启搅拌机，对浆体进行搅拌开启电脑采样器开启螺杆泵，使浆体进行循环流动改变螺杆泵转速进行采样通过调整螺杆泵转速改变浆体流速，当压力稳定后进行测量实验完毕关闭设备。

4、流变特性结果与分析

通过改变螺杆泵的转速改变循环系统中的浆体流量，由数据采集系统每隔0.02秒采集一次数据，根据管流法处理数据，拟合流变模型，经处理得到如下曲线：

图4.1SH5648%压降随流量变化关系曲线图4.2SH5493%压降随流量变化关系曲线

在水煤浆的流变参数中，表观粘度是较重要的一个。它是流体受到剪切力作用时抵抗变形的特性，它直接影响水煤浆在管道内流动时压力损失的大小，从图4.1和图4.2中可以看出，随着流速的增加，两种浓度的水煤浆阻力损失迅速地增加，而且浓度越高压力损失就越大。在相同的剪切速率下，随着固相浓度的增加，水煤浆的表观粘度表现出增加的趋势。这是因为随浓度增加，浆体间空隙率下降，固相颗粒更加紧密，颗粒流动不仅要克服流体和颗粒间产生的较大摩擦，而且还要克服颗粒间的相互作用力，使得流动的表观粘度增大。

通过图4.3和图4.4可以知道两种浓度的浆体属于屈服幂率体模型，可以看出两种浆体都呈现出不同程度的膨胀特性。浆体呈现膨胀特性将会导致浆体剪切变稠，使得黏度随着剪切速度的增加而增加，可以明显看出，浆体的表观黏度随着流速的增加而增加。主要是因为在制备这些煤浆时，加入了过多的细粉，致使在接下来的超细化处理过程中，双方经过多次搅动摩擦，使得煤的表面结构发生了巨大的变化，原本凹凸不平的煤变得光滑扁平，最终让煤的表面积逐渐扩大，煤的表面张力和疏水性也有相当程度的提高。在制造水煤浆的过程里，使用了分散剂，让煤与煤之间的粘合性降低，这些超细的煤粉在运动过程中逐渐形成了结构较为紧密的水化膜。当颗粒间距达到一定值时原有包在颗粒表面的水化膜首先在颗粒表面突出部分兼并或破裂， 发生颗粒间的聚集， 逐渐形成了大片的平面网状结构。

5、结论

较高流速下，相同剪切速率下，水煤浆的表观粘度随着浓度的增加而增加。这主要是由于浓度升高，浆体间的空隙率下降，颗粒更加靠近，颗粒流动不仅要克服流体与颗粒间产生的较大摩擦，而且要克服粒子间强烈的相互作用，从而导致流体阻力的增加。在较高流速下的水煤浆随着流量的增加而压差逐渐增大，而且增大的速率要比较低流速状态下的水煤浆压损的速率要大得多，这是由于层流状态下流速稳定，压损用于克服颗粒间的粘性力，而湍流状态下惯性力对流场的影响大于黏滞力，流体流动较不稳定进而压损消耗较大。（作者单位：大唐长春第二热电有限责任公司）

参考文献：

[1]任远等，高浓度水煤浆流动和阻力特性试验研究[J].

[2]董平，吕玉庭 ，陈俊涛. 超细煤水煤浆流变特性的研究[J]. 选煤技术，2004，26（4）：557-559.