较高流速下水煤浆的流变特性实验研究

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

“润滑”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