第1期2009年1月M-Sized Nitrogenous Fertilizer ProgressJan.2009試驗(yàn)研究水煤漿流變特性管流法研究貝昆侖(上海焦化有限公司,上海200241)[擴(kuò)要】采用管流法在自建裝置上進(jìn)行水煤漿流變特性研究,結(jié)果表明:可用冪律模型描述水煤漿流變特性。討論了水煤漿濃度對(duì)流變模型的影響,給出了采用廣義雷諾準(zhǔn)數(shù)來計(jì)算層流狀態(tài)下的阻力系數(shù)的方法。關(guān)鍵詞]冪律模型;流變特性;廣義雷諾準(zhǔn)數(shù)[中圖分類號(hào)]0373[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1004-9932(200)01-005-04Research on Rheological Properties of Coal-water Slurrywith Tube flow testBEl KunlunShanghai Coking Co, Ld, Shanghai 200241, China)Abstract: Based on experimental research with tube flow test which aimed at obtaining the data on flow andresistance properties of coal-water slurry(CWS), the paper reveals that the rheological properties and flowbehavior of CWS can be described by power law model, presents the formula for resistant coefficientalculating in laminal flow with generalized Reynold s number following the discussion on influences of CWSconcentration on rheological properties.Key Words: power law model; rheological properties; generalized Reynolds number0引言率。流變學(xué)的主要內(nèi)容就是研究它們之間的函數(shù)關(guān)系。把剪切應(yīng)力和剪切速率的關(guān)系描繪成圖水煤漿是由煤粉、水和少量添加劑混合而成象,就是流變曲線圖。目前常采用的流變模型有的固液兩相懸浮流體。由于添加劑的加入改變了以下幾種煤表面的物化性質(zhì),使得煤粉和水緊密結(jié)合,形賓漢塑性模型r=。+m成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),成為均一體,表現(xiàn)為非牛頓流體的冪律模型性質(zhì)。但水煤漿不同于一般的非牛頓型流體,其屈服一冪律模型r=τ。+Ky顯著特點(diǎn)是黏度高且黏度與其濃度、溫度和添加本文采用管流法研究水煤漿的流變特性:當(dāng)劑量有關(guān)。水煤漿的流變性、阻力特性直接影響水煤漿的流變類型已知時(shí),通過相應(yīng)流體類型的水煤漿的輸送、霧化質(zhì)量、著火、穩(wěn)燃及燃燒效換算關(guān)系式,給出流變參數(shù)的具體數(shù)值;也可在率,因此研究其流變特性和不同工況下的流動(dòng)阻未知本構(gòu)方程形式的條件下,通過換算關(guān)系式給力變化規(guī)律是開發(fā)利用水煤漿的重點(diǎn)。出壁面上的剪切應(yīng)力值rv和剪切速率yw描述流變性能的變量是剪切應(yīng)力和剪切速V山中國煤化工CNMHG收稿日期]20080916流變特性研究在自制的水煤漿流變作者簡(jiǎn)分]貝昆侖(199-),男,河北滄州人助理工程傅。試驗(yàn)裝置(如圖1)上進(jìn)行。整個(gè)系統(tǒng)分為水煤56中氮肥第1期漿制備和流動(dòng)回路2個(gè)部分。被鄂式破碎機(jī)破碎4m,兩端壓差A(yù)p由隔膜差壓計(jì)測(cè)量,測(cè)試管到6mm以下的煤通過減量秤按照控制流量加入管徑分別為117mm、73mm和57mm。試驗(yàn)用棒磨機(jī),由添加劑泵把配好的添加劑溶液同煤一煤為神府煤,其工業(yè)分析和元素分析結(jié)果見道送入棒磨機(jī),進(jìn)行濕磨制漿,制好的水煤漿送表1。入煤漿槽攪拌混合;借助螺杄泵使煤漿槽中的煤表1神府煤工業(yè)分析和元素分析漿在水平測(cè)試管和豎直測(cè)試管中流過并返回到煤工業(yè)分析元素分析漿槽中,如此循環(huán),同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定。試驗(yàn)時(shí)通過改變泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)水煤漿流量,水煤漿流量Q采用電磁流量計(jì)測(cè)定,試驗(yàn)測(cè)試段管長(zhǎng)L=3.26235057354431390.9026水添加劑。昌10111110圖1水煤漿流變特性試驗(yàn)裝置1-煤斗;2一鄂式破碎機(jī);3-料倉;4減量秤;5-添加劑槽;6一棒磨機(jī);7一離心泵;8-煤漿槽;9—螺桿泵;10一測(cè)試管;1l-隔膜法蘭;12一差壓變送器;13-隔膜壓力傳感器;14—電磁流量計(jì)線,則采取平均的方法求得n'。2試驗(yàn)結(jié)果與分析2.2流變方程的描述2.1數(shù)據(jù)處理通常水煤漿的流變行為屬于非牛頓形式,本根據(jù)試驗(yàn)測(cè)試段兩端的壓差A(yù)p,可以求管文分別按照冪定律和屈服-冪定律模型對(duì)其進(jìn)行壁處的剪切應(yīng)力描述,具體結(jié)果見表2和表3。(1)表2對(duì)應(yīng)條件下冪定律流變模型質(zhì)量濃度/%管徑/相關(guān)系數(shù)各對(duì)應(yīng)流速下的剪切速率rv=0.00y60.88261 +3n' 8y(2)132y1“a9985rv=0.153y30式中3600D73rv=0.0123yX0.7244對(duì)n計(jì)算采用 Metzner和Reed的處理方法0.00623y如(M-R法),即中國煤化工0.9486n(4p)=k′+nlnQCN MH GAS09856作Ap-Q雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖,得到一條斜率為54.99rv=0.265y0.966n’、截距為k的直線。如果雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖不為直第1期貝昆侖:水煤漿流變特性管流法研究57表3對(duì)應(yīng)條件下屈服一冪定律流變方程量濃度/%管徑/r流變方程相關(guān)系數(shù)73ry=-10127+0.0025y“0.9846e-D=73 mmb-D=57 mm33.60.1315+0.00117T=0.4372+0.1460y30.98461673Tw=-1.2834+0.0148y0.822651241r=-L.6917+0.007y如0.950210F亨117Tv=0.234+3.57340.9565554873=-05723+0.89%6y0.985186420從表2看出:水煤漿在低濃度(<50%)時(shí)100400n值大于1,為漲塑性流體;隨著濃度的升高圖3不同管徑濃度48.77%水煤漿流變曲線在55%左右時(shí),n值小于1,屬于擬塑性流體低濃度時(shí)水煤漿中煤粉顆粒分散性好,隨著剪切速率變大,煤粉因顆粒堆積變得密實(shí),造成水煤漿黏度變大。對(duì)高濃度的水煤漿,由于性能趨向擬均相流體,隨著剪切速率變大,本來堆積較密實(shí)的煤粉顆粒由無規(guī)則排列趨向規(guī)則排列,流動(dòng)變形的阻力減小,造成水煤漿黏度減小。由表3看出:在用屈服-冪定律處理本試驗(yàn)10的水煤漿流變特性時(shí),除2個(gè)大管的屈服應(yīng)力不為負(fù)值,其他幾組屈服應(yīng)力均為負(fù)。屈服應(yīng)力是流體在剪切速率為零時(shí)的截距,是流體開始流動(dòng)200300400500所需的最小應(yīng)力值,按照屈服應(yīng)力的物理意義該模型形式不適用于本試驗(yàn)中的水煤漿,所以最圖4不同管徑濃度55.70%水煤漿流變曲線終采取冪定律模型描述水煤漿的流變特性。2.3流變特性的影響因素分析由圖2、圖3和圖4可以看出:相同濃度的水煤漿,在壁面剪切應(yīng)力相同的情況下,隨著管2.3.1管徑對(duì)流變特性的影響徑的減小剪切速率變大由試驗(yàn)中得到的△p和Q按照M-R法擬合2.32濃度對(duì)流變特性的影響出n’,根據(jù)式(1)和式(2)得到rw、y,作出流圖5、圖6為同一管徑中不同濃度下剪切速變曲線。圖2、圖3和圖4為相同濃度下不同管率與壁面剪切應(yīng)力的關(guān)系。徑的水煤漿流變曲線。86420=33.6%D=7328=48.45%砂=5548%4062中國煤化工10020030040CNMHG160180200220圖2不同管徑濃度35.27%水煤漿流變曲線圖5同管徑不同濃度流變曲線(D=73mm)中氮肥第1期在管內(nèi)的流動(dòng)形態(tài),也可以用于計(jì)算阻力系數(shù)。3225548表4阻力系數(shù)∫實(shí)測(cè)值和計(jì)算值的對(duì)比281217000.1290.1253結(jié)論50100150200250300350400450500550(1)在試驗(yàn)范圍內(nèi)水煤漿屬于非牛頓流體圖6同管徑不同濃度流變曲線(D=41mm)可用冪定律模型來描述水煤漿流變特性,水煤漿的濃度對(duì)其流變模型有影響,水煤漿在低濃度時(shí)濃度越高對(duì)應(yīng)的壁面剪切應(yīng)力越大,表觀黏度越0%)為漲塑性流體,隨著濃度的升高,在濃大。這是由于濃度增大,水煤漿中煤粉顆粒含量增加,使得水煤漿空隙率下降,顆粒在流動(dòng)中相(2)同一剪切速率下,濃度越高對(duì)應(yīng)的壁互碰撞使阻力增加。當(dāng)固相濃度達(dá)到一定值后,面處剪切應(yīng)力越大,表觀黏度越大。本試驗(yàn)是到55%左右,黏度增加幅度變大。圖53)通過廣義雷諾數(shù)計(jì)算的阻力系數(shù)值和中濃度為34.4%水煤漿在剪切速率大于110s1實(shí)測(cè)值很接近。時(shí)其黏度大于48.45%的水煤漿,主要是因?yàn)樵诜?hào)說明這兩個(gè)濃度下都屬于漲塑性流體,但34.4%濃度時(shí)的n值(1.66)大于4845%濃度下的n值屈服應(yīng)力,Pa·s(1.304)。n大,表明其剪切增稠作用明顯。Tv——管壁處剪切應(yīng)力,Pa24水煤漿在水平管流動(dòng)時(shí)壓力降的計(jì)算壁面處剪切速率液固兩相流在不同流動(dòng)區(qū)的單位壓降—?jiǎng)偠认禂?shù)K—稠度系數(shù)(5)n—流變指數(shù)根據(jù)研究,在層流狀態(tài)下管中的純黏性流D—測(cè)試管內(nèi)徑體、假塑性流體、黏彈性流體、脹流型無時(shí)間依L測(cè)試管長(zhǎng)度,賴性流體的阻力系數(shù)都可表達(dá)為Q流量,m3h平均流速,p—壓差,P在冪定律流體條件下廣義雷諾準(zhǔn)數(shù)R’表達(dá)1—一質(zhì)量濃度,%式為密度,kg/m3R,=pu D-(7)阻力系數(shù)R—廣義雷諾準(zhǔn)數(shù)由試驗(yàn)測(cè)得的水平段壓差A(yù)p和流量可以得到阻力系數(shù)[參考文獻(xiàn)DAp(8)[1陳良勇,段鈺鐮,王秋粉,等,高濃度水煤漿的流變特性和L=4m,D=0.11m,=49.31%,阻力[2中國煤化工37(1):60:科學(xué)出版社,199系數(shù)實(shí)測(cè)值和計(jì)算值的對(duì)比見表4,兩者相對(duì)誤[3]CNMHG準(zhǔn)數(shù)及其阻力特性差在5%內(nèi)。廣義雷諾準(zhǔn)數(shù)可以用來判斷水煤漿J.化工學(xué)報(bào),195,46(3):299