煤炭燃燒水煤漿在漸縮管中局部咀力特性的數(shù)值試驗(yàn)趙國華,陳良勇,段鈺鋒(東南大學(xué)潔凈煤發(fā)屯及燃燒技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京210096)摘要:針對(duì)質(zhì)量濃度為57.08%神華水煤漿,利用管流法和旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)法測(cè)得其流變模型。運(yùn)用 FLUENT軟件提供的非牛頓流體模塊對(duì)水煤漿流經(jīng)漸縮管進(jìn)行模擬計(jì)算,比較計(jì)算壓差和實(shí)驗(yàn)壓差,證明計(jì)算模型的正確性?；谟?jì)算模型的正確性,對(duì)水煤漿在漸縮管中不同流速、不同漸縮角度的工況下進(jìn)行數(shù)值試驗(yàn),得出局部損失系數(shù)與雷諾數(shù)和漸縮角度的經(jīng)驗(yàn)公式;在漸縮角度不變的情況下,改變漸縮管長度與漸縮管進(jìn)口端直徑比率,得出各個(gè)相應(yīng)比率下的局部損失系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系。關(guān)鍵詞:水煤漿;漸縮管;局部損失系數(shù);數(shù)值實(shí)驗(yàn)中圖分類號(hào):TQ051.21文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):10066772(2007)050052-04水煤漿是一種新型煤基流體潔凈環(huán)保燃料,既在不同流速、不同的漸縮角度、不同的漸縮管長度與保留了煤的燃燒特性,又具備了類似重油的液態(tài)燃漸縮管進(jìn)囗端直徑比率,對(duì)局部損失系數(shù)進(jìn)行研究。燒應(yīng)用特點(diǎn),是目前中國一項(xiàng)現(xiàn)實(shí)的潔凈煤技術(shù)。首先采用管流法和旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)法相結(jié)合得出符合隨著水煤漿需求量的增大,對(duì)水煤漿管道輸送研究 Herschel-Bulkley模型的流變方程,建立合理的數(shù)學(xué)的重要性日益提升。為了使水煤漿管道輸送得到順模型進(jìn)行計(jì)算,將計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)測(cè)得壓差比較在誤利進(jìn)行,對(duì)管道的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提出了更高的要求。差允許的范圍內(nèi)驗(yàn)證模型的正確性,之后采用此模合理的管道設(shè)計(jì)參數(shù)是管道設(shè)計(jì)和優(yōu)化的前提,管型進(jìn)行數(shù)值試驗(yàn),改變流速、漸縮角度、漸縮管長度道在工作過程中存在沿程阻力損失和局部阻力損與漸縮管進(jìn)口端直徑比率得出局部損失系數(shù)與各自失)。管道的設(shè)計(jì)和優(yōu)化中常遇到管路的漸縮阻的關(guān)系,并總結(jié)適合工程應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)公式。力系數(shù),合理確定漸縮阻力系數(shù)是使設(shè)計(jì)達(dá)到實(shí)際應(yīng)用要求和最優(yōu)化的關(guān)鍵,現(xiàn)有的設(shè)計(jì)手冊(cè)或資料1實(shí)驗(yàn)與水煤漿流變方程的確定中,均采用了漸縮段的進(jìn)出口面積有關(guān)的系數(shù)進(jìn)行在水煤漿綜合試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn),運(yùn)用管流法計(jì)算,只是對(duì)于水、氣體和類似這種介質(zhì)的流體比較和旋轉(zhuǎn)粘庋計(jì)法相結(jié)合得出水煤漿的流變模型。管合理,真正的對(duì)于水煤漿這種非牛頓流體在特定的流法對(duì)水煤漿在管道內(nèi)的恒定剪切流動(dòng),可實(shí)測(cè)其流速下,此系數(shù)是不合理的。一些學(xué)者2對(duì)水煤漿壓降和流量,并推算剪切應(yīng)力與應(yīng)變速度的關(guān)系確管道輸送提出許多模型,推動(dòng)水煤漿管道輸送數(shù)值定流變特性,此方法一般測(cè)得中、高的剪切速率模擬的發(fā)展。運(yùn)用數(shù)值模擬和數(shù)值試驗(yàn)的手段對(duì)水下水煤漿的流變方程;旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)法測(cè)得水煤漿低煤漿流經(jīng)漸縮管進(jìn)行局部損失系數(shù)研究目前還比較剪切速率下的流變方程。實(shí)驗(yàn)在25℃恒溫下對(duì)質(zhì)少見。筆者首次運(yùn)用數(shù)值模擬和數(shù)值試驗(yàn)的方法對(duì)量濃度為57.08%神華水煤漿進(jìn)行管徑分別為水煤漿在漸縮管中流動(dòng)的局部損失系數(shù)進(jìn)行研究收搞日期:2007YH宮和0mm直管流變特性測(cè)量,并國煤化工NMHG基金項(xiàng)目:國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃973計(jì)劃)資助頂目(2004c821701)作者簡介:趙國華(1983-),男,江蘇南通人碩士,主要從事煤的潔凈燃燒與氣化等方面的學(xué)習(xí)與研究《潔凈煤技術(shù)》2007年第13卷第5期煤炭燃燒全國中文核心期刊礦業(yè)類核心期刊《 CAJ-CD規(guī)范》執(zhí)行優(yōu)秀期刊且在同樣的溫度下運(yùn)用粘度計(jì)進(jìn)行流變特性測(cè)量,接近,計(jì)算值相對(duì)于實(shí)驗(yàn)值的相對(duì)誤差小于15%,達(dá)結(jié)合管流法和旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)法測(cè)出的水煤漿在廣范圍到工程可以接受的誤差范圍,從而證明計(jì)算中運(yùn)用內(nèi)剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系,整理數(shù)據(jù)得出符合 Herschel- Bulkley模型建立的數(shù)學(xué)計(jì)算模型的正確Herschel- Bulkley模型的流變方程。 Herschel-Bulk-性。運(yùn)用此模型進(jìn)行數(shù)值實(shí)驗(yàn)探討局部損失系數(shù)ley模型為與不同流速、不同的漸縮角度、不同的漸縮管長度與7o+ky-(r0/)"]漸縮管進(jìn)口端直徑比率的關(guān)系是可靠、有工程應(yīng)用y=ax ax的實(shí)際價(jià)值的n為非牛頓流體的表觀粘度,Pas;T為屈服剪切應(yīng)力,Pa;k為稠度系數(shù);Ho為極限粘度,Pa·s;y剪切速率,s。當(dāng)r小于T0介質(zhì)保持剛性,當(dāng)T大于ro介質(zhì)是冪定律流體Herschel- Bulkley模型結(jié)合了流體的賓漢和冪<當(dāng)定律作用效果。對(duì)于低剪切速率(γ小于r。/)剛性材料”表現(xiàn)為粘度為燦的非常粘稠的流體;00.40.81.21.62.024漸縮管進(jìn)口端流速μ/ms旦剪切速率增加,剪切應(yīng)力大于屈服剪切應(yīng)力了,流體表現(xiàn)為冪定律形式。實(shí)驗(yàn)得出的水煤漿的圖2漸縮管兩端壓差的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值比較流變方程為1—3°實(shí)驗(yàn)值;2——3°計(jì)箅值;3—-5°實(shí)驗(yàn)值;4——5°計(jì)算偵10實(shí)驗(yàn)值;6—10°計(jì)算值;7—20°實(shí)驗(yàn)值;8—20°計(jì)算值10.4+0.04931y211-(10.4/0.39)1y繼而在綜合試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)水煤漿流經(jīng)進(jìn)口端直徑3局部損失系數(shù)數(shù)值試驗(yàn)研究為50mm、出口端直徑為25mm漸縮角度分別為3局部損失系數(shù)定義為1度、5度、10度和20度的漸縮管進(jìn)行測(cè)量,上、下游的測(cè)點(diǎn)與漸縮管的進(jìn)、出口端留有一定的穩(wěn)定段距離。通過漸縮管上游與下游之間的壓差,得出局部阻力的損失。P1為入口端的壓力,Pa;P2為出口端的壓力,Pa;p2模型的驗(yàn)證為水煤漿的密度,kg/m3;a1為漸縮管進(jìn)口端流速圖1中D為漸縮管進(jìn)口端直徑,L為漸縮管長度,0實(shí)驗(yàn)中管內(nèi)的平均流速比較小,廣義雷諾數(shù)小為漸縮角度,L/D為漸縮管長度與漸縮管進(jìn)口端直于2200,水煤漿管道流動(dòng)可認(rèn)為是層流流動(dòng)。運(yùn)用徑比率,d為漸縮管出口端直徑。實(shí)驗(yàn)得出的流變模型建立數(shù)學(xué)計(jì)算模型,利用FLU工程上,局部損失系數(shù)與流速的關(guān)系通常通過ENT軟件進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算得出與實(shí)驗(yàn)相同位置的壓局部損失系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系表現(xiàn)出來。水煤漿作差。計(jì)算中網(wǎng)格采用四面體和六面體網(wǎng)格,入口邊為一種非牛頓型流體,許多研究者針對(duì)不同的研究界條件:水煤漿的密度為1198kg/m3,采用平均速對(duì)象和研究目的提出不同的雷諾數(shù)定義。筆者應(yīng)度進(jìn)口條件。差分格式采用一階迎風(fēng)格式算法采用基于璧面表觀粘度的雷諾數(shù)定義用 SIMPLE算法,收斂誤差控制在0.1%。圖1是漸Re縮管上游和下游的實(shí)驗(yàn)測(cè)得壓差與計(jì)算壓差比較。p為水煤漿的密度kg/m3;u為流速,m/s;d為管測(cè)點(diǎn)P測(cè)點(diǎn)P徑,mm;q為表觀粘度,Pa·s運(yùn)用數(shù)值試驗(yàn)的方法,對(duì)漸縮角度為3度、5度、10度、15度、20度、25度、30度和45度,進(jìn)口直徑為50mm,出口直徑為25mm的漸縮管進(jìn)行試驗(yàn)總結(jié)中國煤化工關(guān)系,此處的雷諾圖1實(shí)驗(yàn)漸縮管示意數(shù)是CNMHG秤的物角度卜局部預(yù)天系數(shù)隨著雷諾數(shù)的從圖2中可以看出計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的結(jié)果比較增加而減小,減小幅度逐漸平穩(wěn),最終趨于一個(gè)恒水煤漿在漸縮管中局部阻力特性的數(shù)值試驗(yàn)煤炭燃燒225100200300400500600700諾數(shù)Re圖3各個(gè)漸縮角度下局部損失系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系圖610度下各個(gè)LD局部損失系數(shù)與雷諾數(shù)關(guān)系l—3°;2-5°;3-10°;4-155-20°;6-25°;7-30°;845°值;相同的雷諾數(shù)下,局部損失系數(shù)隨著漸縮角度的增大而減小。從圖3上在誤差允許范圍內(nèi)總結(jié)出局部損失系數(shù)與漸縮角度、雷諾數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式嶽函水嗎5=(0.002602-0.2650+17.13)0.2535.83e.l(6+212)Re+50.26e123(e-15)諾數(shù)ReB為漸縮角度,度。圖720度下各個(gè)LD局部損失系數(shù)與雷諾數(shù)關(guān)系圖4至圖7是漸縮角度分別為3度、5度、10度和20度時(shí)不同的漸縮管長度與漸縮管進(jìn)口端直徑4漸縮段的速度矢量場(chǎng)和和分子表觀粘度場(chǎng)比率局部損失系數(shù)隨雷諾數(shù)的變化。隨著漸縮角度圖8和圖9是漸縮角度為10度的漸縮管,進(jìn)口的變大同一漸縮角度下隨著漸縮管長度與漸縮管端直徑為50mm、出口端直徑為25mm,在入口速度進(jìn)口端直徑比率的增加局部損失系數(shù)增加增加幅為1.75m/s時(shí)水煤漿流動(dòng)的速度矢量場(chǎng)和分子表度逐漸變大。從而可以說明同一個(gè)漸縮角度下,隨觀粘度的分布場(chǎng)。速度在漸縮管內(nèi)隨著漸縮管長度著漸縮管長度的增加,增加相同長度產(chǎn)生的局部能增加,速度增加。水煤漿流經(jīng)漸縮管時(shí),中心核心區(qū)量損失的貢獻(xiàn)比前一段漸縮角長度產(chǎn)生的局部能量的分子表觀粘度變小,并且中心核心區(qū)的分子表觀損失的貢獻(xiàn)大得多。粘度隨著漸縮管長度方向減小,速度梯度變化率減小;流過漸縮管后,中心核心區(qū)的分子表觀粘變大。水煤漿在漸縮管整個(gè)流動(dòng)過程中壁面處的分子表觀粘度幾平不窄.即諫度梯度沒有戀化緊8.06e+07.10e+00需諾數(shù)R20e+00圖43度下各個(gè)LD局部損失系數(shù)與雷諾數(shù)關(guān)系3.23e+0026e+0030e+0029e-01圖8速度矢量場(chǎng)緊3.37e-013.I0e-012.83e-01中國煤化工100200300400CNMHG21e-01圖55度下各個(gè)LD局部損失系數(shù)與諾數(shù)關(guān)系圖9分子表觀粘度的分布場(chǎng)《清凈煤技術(shù)》2007年第13卷第5期煤炭燃燒全國中文核心期刊礦業(yè)類核心期刊《CAJ-cD規(guī)范》行優(yōu)秀期刊面處的分子表觀粘度幾乎不變。5結(jié)論(1)通過管流法和旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)法相結(jié)合得出漩參考文獻(xiàn)變模型,運(yùn)用到 FLUENT軟件提供的非牛頓流體模]趙寶峰對(duì)管路漸擴(kuò)段局部阻力系數(shù)的探討J東北塊進(jìn)行計(jì)算,能較好的模擬水煤漿在漸縮管中的流農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1998,29(4):367-370動(dòng)狀況。[2]張慶,水煤漿管道輸送模型[J].煤炭轉(zhuǎn)化,1995,18(2)通過實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值的比較,驗(yàn)證技術(shù)模型的正確性。利用此模型進(jìn)行數(shù)值試驗(yàn),總結(jié)得出[3]岑可法,姚強(qiáng),曹欣玉,等.煤漿燃燒、流動(dòng)、傳熱和氣化的理論與應(yīng)用技術(shù)[M].杭州:浙江大學(xué)出版社適合工程應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)公式。1997,15(3)相同的漸縮角度下,局部損失系數(shù)隨著雷[4]孔瓏工程流體力學(xué)(M北京:中國電力出版社,諾數(shù)的增加而減小;相同的雷諾數(shù)下,局部損失系1992,12~104數(shù)隨著漸縮角度的增大而減小。[5]盧平.水煤營輸送特性和噴霧特性及其直接數(shù)值模擬(4)水煤漿流經(jīng)漸縮管時(shí),中心核心區(qū)的分子的研究[D].南京:東南大學(xué),55表觀粘度變小,流過漸縮管后;中心核心區(qū)的分子表觀粘度變大。水煤漿在漸縮管整個(gè)流動(dòng)過程中壁Study on Local Loss Coefficient of Coal-water Slurryin Converging Tube with Numerical ExperimentZHAO Guo-hua, CHEN Liang-yong, DUAN Yu-fengKey Laboratory of Clean Coal Power Generation and Combustion Teclof the Ministry of EducationSoutheast University, Nanying 210096Abstract: The rheological model of the mass concentration of coal-water slurries of 57. 08% about Shenhua coal isgained by the experimental method of pipe flow and rotary viscometer. By use of the FLUENT program with somemodifications the coal-water slurry is simulated numerically on its converging tube flows, the predicted pressure wasmodel, with different velocity and converging angle numerical experiments of the coal-water slurry are carried out onits converging tube flows, local loss coefficient of the empirical formula with Reynolds number and converging angleis obtained. In terms of the same converging angle, relationship between local loss coefficient and Reynolds numberin different ratio between the length of converging tube and the diameter of the inlet of converging tube is gainedKeywords: coal-water slurry; converging tube; local loss coefficient; numerical experimentsM不4…信息檢索“坪湖媒業(yè)尾礦水循環(huán)利用2007年7月18日,隨著2臺(tái)功率均為30kW的尾礦壓力機(jī)的啟動(dòng),江西豐城礦務(wù)局坪湖煤業(yè)公司結(jié)束∫50a來排放尾礦水的歷史。長期以來,坪湖煤業(yè)公司的尾礦水一直是向洗煤廠外的農(nóng)田排放,使得當(dāng)?shù)剞r(nóng)村許多農(nóng)田受到污染,企業(yè)每年為此支出許多賠償金。今年,該礦班子把思想統(tǒng)一到發(fā)展企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì),實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排上*投入94萬元,購進(jìn)了2臺(tái)尾礦壓力機(jī)每天處理循環(huán),可從尾礦水中產(chǎn)生3t煤炭,一個(gè)月可以為坪湖煤業(yè)H中國煤化工力機(jī)45mm一個(gè)處理后的尾礦水不是排入沉淀池內(nèi),而是直接進(jìn)入尾礦力8示陽,實(shí)現(xiàn)了尾礦水不外排,減少了環(huán)境污染。水煤漿在漸縮管中局部阻力特性的數(shù)值試驗(yàn)