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1、水煤浆管道输送特性的研究,rff多7\]996年9月水力采煤与管道运输第3期浆的宾汉塑性体流型;以管道居流流动为基础分析水煤浆管道输送摩阻捐失计算方法,并根据系列模型管线输送试验赛测结果进行7修正;探索7温度对管道摩阻损失关键词1前言水煤浆是本世纪70年代石油危机中开发的煤基流体燃料.它所含煤粉粒度细,煤浆浓度高.由于加入一定量的化学药剂,具有较好的流动性和稳定性,可以像石油一样直接喷烧.水煤浆工业应用中,运输是一个重要环节.目前,水煤浆用量不大,主要用罐车运输.随着工业应用的扩大,对水煤浆的需要量将大大增加.由于我国交通运输能力不足和管道运输的优越性,管道将成为水煤
2、浆的主要运输方式.为了掌握水煤浆的流动规律,以便为管道运输提供可行性研究或工程设计依据,近来对水煤浆的流变特性,管道输送水力参数,温度对水煤浆管稳定性等进行了一系列的试验研究,取得了初步结果.2水煤浆的基本性质水煤浆管道输送参数与浆体的物理性质有直接关系,如水煤浆的固体密度,粒度组成,浆体浓度和浆体流变特性等.2.1煤的密度水煤浆用太同煤制备,煤的密度=1.369t/m.2-2粒度组成水煤浆比较有代表性的粒度组成是煤粉粒径一般在0,2～O.3mm以下,其中小于200目的颗粒重量占80左右.本次试验所用水煤浆的粒度组成如表1.衰1(Ⅲ)355180154<d的台量(%
3、)looeg.g99.8(m)3728,224-1<的音量(%)78474668.42.3水煤浆流变特性水煤浆的流变性质不仅影响喷燃时的雾化质量,而且是管道运输中摩阻损失高低的一个决定性因素.均质悬浮流体产生变形时剪应力和切变率的关系决定它的流型,根据不同的流型可把流体分类本次水4煤浆的流变试验使用同轴旋转粘度计,几种水煤浆的剪应力和切变率的关系(参见图1)与下式相符:f一一辈(1)式中r为剪应力;为屈服应力为刚度系数;du/dr是切变率.式(1)表明,只旁:j.水煤浆管道输送特性的研定第3期有在剪切力超过屈服应力时,水煤浆才开始产生剪切变形而发生流动.水煤浆的流型
4、由r0和这两个参数确定du/dr图1宾沮塑性业小意本次水爆浆管道输送试验内容较多,每项试验所甩水煤浆的粒度组成不变,但浆体浓度,温度和药剂添加量不同,所以其流变参数ro和不尽相同,具体数据在后面分别给出.3水煤浆管道输送参数一般浆体管道工程设计中,首先需要确定管道输送摩阻损失和输送流速而水媒浆因其粒度细浓度高和粘度大等特点,再加上加入一定的化学药剂后具有较好的稳定性,可作为均质悬液对待,摩阻损失则成为水煤浆管道输送的晟重要水力参数因此,重点对此进行试验测量和分析研究.3.1管道输送试验装置长期以来,管道输送摩阻损失都是采用模拟试验方法确定.这种方法是在实验室用较小管径的试
5、验系统测量一定流速下的管道摩阻损失,根据几种不同规格管道的试验结果,进行回归分析,得到唪阻损失计算经验公式如果试验数据比较充分,则由此得出的计算公式提供放大数据是比较可靠的尤其对外延范围不太大的情况(如管径放大2倍或稍多一些)则更有把握.当然,如果对输送介质管道流动进行理论分析,求得水力参数的计算模型,然后再由充分的模型试验结果进行验证并进行必要的修正,使计算公式更符台实际.那么,再进行放大计算则会更加可靠.本次水煤浆管道输迭参数试验使用4种不同管径的管道系统.试验管道内径分别为75.9,148.2,204.7,305.8Inm.试验用泵为美国MAYER公司制造前曲杆泵,
6、额定流量为227m/h,压力2.1Mpa.3.2.管道试验水煤浆流变参数制浆用煤属难制浆煤种,故水煤浆浓度不高,其重量浓度分别为62.7和60..两种水煤浆的流变参数测量结果见表2和表3'衰2不同沮疫下水煤浆流变参数泉体温度(℃)ro{Ps)7/(raPs?s)r0(Pa)~(mPa?s)5lOl52025304.322j502,33g984.3322002.288254—081917307063—9916902.2o6414o515042.216123.981346水煤浆的屈服应力ro在温度变化时基本不变,而浆体的刚度系数随温度增加丽减小.表3管输试验中水煤装流变参数5
7、水力采堞与管道运输第3期3.3水煤浆管道阻力损失分析试验所用水煤浆细粒度含量高,基本上属于均质悬浮流体,管道试验中可看作均质流,原则上可以以任何流速进行管道输送.由于水煤浆粘度高,输送流速则不宜过大,一般流速下为层流.现根据宾汉塑性体的管道层流流动进行摩阻损失分析.宾汉流体管道层流流速分析如图2所示.固管壁剪切力>,则在某一半径r.处有剪切力等于屈服应力.所以在管道中心半径为的范围内牟1..流速相等图2管中宾汉塑性体流速分布和受力分析的核心流区.对长L半径为r(r.<r<R)的圆柱表面进行受力分析,有:声一,
