（热能工程专业论文）水煤浆局部管件内流动的阻力特性试验研究.pdf

东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 研究生签名： 萘衾锋 日 期： - z o lo l z 口 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名：歪玺堡导师签名：日期：坐 摘要 摘要 水煤浆是一种特殊的液闶两相非牛顿流体，水煤浆管道输送技术具有效率高、成本低、污染小 和安全可靠等优点，是大规模高效气流床煤气化技术发展的关键部分之一。目前，水煤浆管道输送 技术领域的基础研究还非常滞后，存在大量问题有待解决，水煤浆在局部管件内流动的阻力特性就 是其中之一。本文在该问题研究背景下，在水煤浆输送中试试验台上，对水煤浆在三类局部管件内 流动的阻力特性进行了较为深入的研究。 水煤浆的一些物性参数、流变关系及水煤浆在直管内的阻力特性是分析水煤浆流经局部管件阻 力特性的基础数据。因此，要对水煤浆在局部管件内流动的阻力特性进行研究，有必要对水煤浆的 相关物性参数及流变关系进行测量，并得出试验煤浆的相关物性参数及流变关系式，并对直管内的 阻力特性进行验证。 在水煤浆输送中试试验台上，研究了水煤浆流经突变截面( 突扩、突缩) 圆管的局部阻力损失， 在深入探讨多种因素对局部阻力损失影响的同时，对两类突变截面圆管中局部压力损失系数随雷诺 数的变化规律、有效长度比( 劬) 与雷诺数的关系进行讨论，并根据牛顿流体中局部阻力损失系 数的表达方法对水煤浆在突变截面圆管的阻力损失系数进行几何修正，消除因几何特性带来的影响， 得出了阻力特性的变化规律。 分别对水平和竖直两种9 0 度弯管进行研究，讨论了一些冈素对弯管局部阻力损失的影响，得出 了弯管内流动的最佳弯径比。通过对水煤浆在弯管内流动的局部阻力损失系数、l e d , 摩擦阻力比 等的研究，比较全面地分析了水煤浆在弯管内的阻力特性。并利用改进的阻力特性公式对竖直弯管 内的阻力特性进行关联，获得经验关系式。 对水煤浆流经渐变截面( 渐缩、渐扩) 圆管时的阻力特性进行了研究，深入探讨了多种因素对 管内局部阻力损失的影响。分析了不同渐缩角和渐扩角对局部管件的压力损失的影响，得出了渐变 截面管件内流动的最佳渐变角。同时对局部压力损失系数、满的变化进行了探讨，得出了阻力 特性的影响冈素及其变化规律。 关键词：水煤浆；非牛顿流体：阻力特性；突变截面圆管；9 0 度弯管；渐变截面圆管 a b s t r a c t a b s t r a c t c o a l w a t e rs l u r r y ( c w s ) i sa l le s p e c i a ln o n - n e w t o n i a nf l u i d , a n d p i p e l i n et r a n s p o r t a t i o no fc w sh a s t h ea d v a n t a g e so fh i g he f f i c i e n c y , l o wc o s t ，l i t t l ep o l l u t i o n ，s a f e t ya n dr e l i a b i l i t y , w h i c hi so n eo ft h ek e y c o m p o n e n t so ft h el a r g e s c a l ea n de f f i c i e n tt e c h n o l o g yo fg a s i f i c a t i o n h o w e r e r , i nt h es t i l d ya tt h ep r e s e n t t i m e ，t h eb a s i cr e s e a r c ho f p i p e l i n et r a n s p o r t a t i o ni ss t i l l i na l lu n a d v a n c e dl e v e l a n dal o to f p r o b l e m sh a v e t ob er e s o l v e d ，t h er e s i s t a n c ec h a r a c t e r i s t i co fc w s f l o w i n gt h r o u g ht h el o c a lf i t t i n g si ss u c ho n eo fa 1 1 u n d e rt h i sb a c k g r o u n d ，t h er e s i s t a n c ec h a r a c t e r i s t i c so fc w s f l o w i n g t h r o u g ht h r e ek i n d so fl o c a lf i t t i n g s w e r e s y s t e m a t i c a l l ys t u d i e di nt h i sp a p e r s o m ep h y s i c a lp r o p e r t yp r a r a m e t e r s ，r h e o l o g i c a lb e h a v i o ra n dr e s i s t a n c ef e a t u r e si nt h es t r a i g h tp i p e a r et h eb a s i cd a t af o rr e s e a r c h i n gt h er e s i s t a n c ec h a r a c t e r i s t i co fc w s f l o w i n gt h r o u g ht h el o c a lf i t t i n g s s o i tw a se s s e n t i a lt oe s t a b l i s ht h em e t h o d so fm e a s u r i n gt h ep h y s i c a lp r o p e r t yp r a r a m e t e r s ，c o n d u c tt h e r h e o l o g i c a lb e h a v i o ra n dv e r i f yt h er e s i s t a n c ep r o p e r t yi nt h es t r a i g h tp i p e l i n e s e x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o n sw e r ec o n d u c t e do nap i l o ts c a l ec w st r a n s p o r t a t i o n a p p a r a t u st o i n v e s t i g a t et h er e s i s t a n c ec h a r a c t e r i s t i co fc w sf l o w i n gt h r o u g ht h ep i p ef i t t i n g sw i t ha b r u p ts e c t i o n n e f a c t o r st h a ti n f l u e n c et h el o c a lr e s i s t a n c ep r o p e r t yw e r ed e e p l ys t u d i e da n dt h e r e l a t i o n s h i p sb e t w e e nl o c a l l o s sc o e f f i c i e n tw i t hr e y n o l d sn u m b e ra n dl e dr e l y i n go nr e y n o l d sn u m b e rw e r ea l s od i s c u s s e d t h e m e a n sb a s e do nt h el o c a lr e s i s t a n c el o s so fn e w t o n i a nf l u i dc a nb eu s e dt oa m e n dt h er e s i s t a n c el o s s c o e f f i c i e n to fc w sf l o w i n gt h r o u g ht h ep i p ef i t t i n g sw i t ha b r u p ts e c t i o n a i m e da tc w sf l o w i n gt h r o u g h9 0 。b e n d s ( h o r i z o n t a lb e n da n dv e r t i c a lb e n d ) ，s o m ef a c t o r s i n f l u e n c i n gt h er e s i s t a n c ep r o p e r t yi nt h eb e n d sw e r ed i s c u s s e d 。a n do p t i m a lr c 隰w h e nc w s f l o w i n g t h r o u g hb e n d sw e r eg o t b e s i d e s ，b ys t u d y i n gt h er e s i s t a n c el o s sc o e f f i c i e n t ，l e da n df r i c t i o n a lr e s i s t a n c e ， t h er e s i s t a n c ep r o p e r t yi nt h eb e n d sw e r ec o m p r e h e n s i v e l ya n a l y z e d a n d ，i tg o tag o o de f f e c tw h e nu s e d a ni m p r o v e dr e s i s t a n c ee x p e r i m e n t a lf o r m u l at oc o r r e l a t ew i t ht h er e s i s t a n c ec h a r a c t e r i s t i e s r e s e a r c h i n go nt h er e s i s t a n c ec h a r a c t e r i s t i co fc w sf l o w i n gt h r o u g ht h ep i p ef i t t i n g sw i t hg r a d u a l s e c t i o n ，$ o m ef a c t o r st h a ti n f l u e n c et h el o c a ll o s si nt h ef i t t i n g sw e r ei n v e s t i g a t e d c o m p a r i n gd i f f e r e n t g r a d u a lc o n t r a c t i o n s u d d e na n g l e ，t h el o c a lp r e s s u r el o s si nt h e s ef i t t i n g sw e r ea c q u i r e di nd e t a i l ，a n dt h e o p t i m a lg r a d u a la n g l ew a sf o u n d m e a n w h i l e ，t h et r a i to fl o c a ll o s sc o e 伍c i e n ta n dl e dw e r ea l s os t u d i e d a l lt h ec o n c l u s i o n si nt h i sd i s s e r t a t i o ne n r i c ht h er e s e a r c ho fr e s i s t a n c ec h a r a c t e r i s t i co fc w s f l o w i n g t h r o u g ht h ep i p ef i t t i n g s 丽t l ig r a d u a ls e c t i o n k e y w o r d s ：c o a lw a t e rs l u 唧, n o n - n e w t o n i a nf l u i d ；r e s i s t a n c ep r o p e r t y ；, p i p ef i t t i n g sw i t ha b r u p t s e c t i o n ；9 0 。b e n d ；p i p ef i t t i n g sw i t hg r a d u a ls e c t i o n i i 主要符号列表 主要符号列表 管件的截面积，m 2 煤浆质量浓度， 管径，m d e a n 数 改进后的d e a n 数 弯管内的摩擦阻力系数 弯管前后稳定段摩擦阻力损失的摩擦阻力系数 摩擦阻力比 重力加速度，m s 2 管段长度，m 流动有效长度，m 流动有效长度比 体积流量，m 3 s 弯管的管径，m 弯管曲率半径 弯管的弯径比 雷诺数 广义雷诺数 管内平均速度，m s i i i 直管内的阻力系数 密度，k g m 3 剪切应力，p a 局部阻力损失系数 动力粘度，p a s 有效粘度，p a s 弯管的弯角 压降，p a 剪切速率，s - 1 a p f p他的廿7 二二二二二二二二二一 4锄d眈彬五石蛳g三k坳q r&眦胎如矿 目录 目录 摘 要i a b s l r a c t i i 目 录1 第一章绪论1 1 1 研究背景1 1 2 水煤浆流变特性研究进展2 1 2 1 流变模型研究方法2 1 2 1 1 液固悬浮液的粘度关系式2 1 2 1 2 基于颗粒物理学的水煤浆流变模型。3 1 2 1 3 基于非牛顿流体的水煤浆流变模型一3 1 2 2 流变特性试验方法3 1 2 2 1 管流法3 1 2 2 2 旋转粘度计法4 1 3 水煤浆阻力特性研究进展4 1 3 1 阻力特性的影响因素。4 1 3 2 局部管件内的阻力特性5 1 3 2 1 局部管件的几何形状对阻力特性的影响一5 1 3 2 2 非牛顿流体流经局部管件的阻力特性5 1 4 本文研究的主要内容。6 参考文献。7 第二章试验系统及相关参数的测量9 2 1 试验系统。9 2 2 水煤浆相关参数的测量l o 2 2 1 水煤浆物性参数的测量1 0 2 2 2 水煤浆流变关系式的确定1 l 2 3 局部管件试验所用水煤浆参数一ll 2 4 水煤浆直管内流动的阻力特性1 2 2 4 1 非牛顿流体的广义雷诺数。1 2 2 4 2 水煤浆直管内流动的阻力特性1 3 2 5 本章小结1 4 参考文献1 4 第三章突变截面圆管内水煤浆的阻力特性1 5 3 1 突变截面圆管内阻力特性理论分析1 5 3 2 突变截面圆管内阻力特性试验结果与分析1 7 3 2 1 突变截面圆管内的局部压力损失1 7 3 2 2 突变截面圆管内的局部损失有效长度比1 8 3 2 3 突变截面圆管内的局部阻力损失系数2 0 3 2 4 几何修正下的局部阻力损失系数公式2 3 东南大学硕士学位论文 3 3 本章小结2 5 参考文献2 6 第四章9 0 。弯管内水煤浆的阻力特性2 8 4 1 弯管内阻力特性理论分析2 8 4 1 1 水平弯管内阻力特性理论分析2 8 4 1 2 竖直弯管内阻力特性理论分析。2 9 4 2 弯管内阻力特性试验结果与分析3 0 4 2 1 弯管内流动的最佳弯径比。3 0 4 2 2 弯管内流动的有效长度比。3 2 4 2 3 弯管内流动的摩擦阻力比3 4 4 2 4 弯管内流动的局部阻力损失系数3 5 4 2 5 竖直弯管内流动的阻力损失经验公式改进。3 7 4 3 本章小结3 9 参考文献4 0 第j i 章渐变截面圆管内水煤浆的阻力特性。4 2 5 1 渐变截面圆管内阻力特性理论分析4 2 5 2 渐变截面圆管内阻力特性试验结果与分析4 4 5 2 1 渐变截面圆管内流动的最佳渐变角。4 4 5 2 2 渐变截面圆管内流动的有效长度比4 6 5 2 3 渐变截面圆管内流动的局部阻力损失系数4 9 5 3 本章小结5 3 参考文献5 3 第六章总结与展望5 5 作者简介5 7 攻读硕士学位期间发表的论文( 第一作者) 5 8 j l 【谢! ；9 i i 第l 章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 能源是社会发展的基础性资源，能源战略是国家经济社会发展的重中之重。进入2 l 世纪以来， 随着总体经济的迅猛发展，我国对于能源的需求越来越大，能源问题将成为制约我国经济社会进一 步发展的重大因素。我国的能源资源严重奇缺，高效利用能源资源刻不容缓，据统计资料显示【l 】： 我国煤炭、石油、天然气三大化石能源蕴藏总量分别占世界总储量的1 l ，1 3 和2 o ，而我 国的人口占全世界人口的2 0 左右，因此人均能源资源占有量不足世界平均水平的一半，石油资源、 天然气资源人均占有量分别仅为世界平均水平的7 7 和7 1 ，储量相对丰富的煤炭资源人均占 有量也仅为世界平均水平的5 8 6 。我国的能源资源构成状况也决定了我国的能源资源消耗体系中 煤炭的主导地位，尽管近年来核电、可再生资源发电等的比例有所增加，但这并不能改变火力发电 为重头的现状，目前国内的煤电装机容量要占到7 0 以上。但是，我国对于煤炭的高效、清洁利用 能力还需要不断加强，特别是煤炭燃烧所引起的环境污染问题已经十分严峻【2 】：8 0 以上的大气飘 尘、s 0 2 、n o x 、c 0 2 等污染物来自煤炭的燃烧，因此大力发展洁净煤技术势在必行。 水煤浆( c o a lw a t e rs l u r r y 简称c w s ) 是由7 0 左右的煤粉、3 0 左右的水及少量化学添加剂制成， 是一种浆体燃料，具有较好的流动性和稳定性，可以像石油产品一样储存、运输，并且具有不易燃、 污染小的特性，是目前比较经济和实用的清洁煤代油燃料1 3 卅。与传统的干法送料相比较，以水煤浆 为代表的湿法输送具有一些优点m 】： 1 ) 浆体的输送系统相对简单，并使得煤的加工处理系统也得到简化，原煤供料前的脱水过程甚至可 以省略，制浆过程中能够利用工业废水，达到废物利用的效果： 2 ) 煤浆在燃烧过程中一般为结团燃烧，这种方式增加了煤粉颗粒在炉内的停留时间，大大提高了煤 粉的燃烧效率及相关污染物的脱除效率，取得一定的环保效果； 3 ) 煤浆混合燃烧时具有较高的燃烧效率( 实践证明可高达9 9 ) ，加上投资及运行运行成本较低， 这就取得了可观的经济效率。 煤气化技术是大力发展洁净煤技术的一个重要的发展方向，煤气化技术有着广泛的优点，除包 括用水煤浆作为湿法输送外，还包括【锚】：1 、能用于气化的原煤种类范围较广，几乎各类每种都可 进行气化：2 、气化技术工艺成熟、操作流程及过程控制简单且安全可靠，设备布置紧凑，运转率高； 3 、气化炉内结构设计简单，炉内没有机械传动装置，操作性能好，可靠程度高；4 、粗煤气质量好， 用途广，气化过程中可供选择的气化压力范围宽。目前与国外技术( 如t e x a c o 、d e s t e c 、s h e l l 、p r e n f l o 气化技术) 相比，国内的煤气化技术研究还有待加强。自7 0 年代起，我国开始对煤气化技术进行研 发，同时还不断引进国外的先进技术进行利用。2 0 0 4 年【9 1 立项了“9 7 3 计划”项目“大规模高效气 流床煤气化技术基础研究( 2 0 0 4 c b 2 1 7 7 0 0 ) ”，其中要求达到更高的日处理能力和煤炭转化率，这必 然要求在更高浓度下实现水煤浆的大规模、高效和稳定输送。因此，开发实用的大规模、均质、稳 定的高浓度水煤浆管道输送技术成为实现大规模高效煤气化技术集成的关键组成部分之一。 l 东南大学硕士学位论文 在目前的研究中，尽管水煤浆技术已发展了二十多年，并实现了工业化应用，但人们对水煤浆 的认识仍不完全，对水煤浆在配制、燃烧，特别是在流动特性方面，只取得一些普遍的共识，尚未 形成完善的理论，有待于进一步的研究。作为一种特殊的高浓度悬浮液体，水煤浆的流动状态比较 复杂，工业应用时，一般都会进行水煤浆的长距离管道输送，因此很有必要对这种特殊流体在管道 内流动的相关特性( 流动规律、流变特性、阻力特性等) 进行基础研究。 本文研究内容即为上述国家“9 7 3 计划”项目的子课题高浓度浆态非牛顿流体的流动特性 与均配规律研究( 2 0 0 4 c b 2 1 7 7 0 1 - 0 3 ) 。本文是在该项目背景下展开拟主要对高压高浓度水煤浆的管 道输送中局部管件内的阻力特性等展开相关的基础研究和理论探索。 1 2 水煤浆流变特性研究进展 流变特性的研究是确定水煤浆管内流动规律的前提和基础。一般说来d o l ，水煤浆的稳定性由其 低剪切速率下的流变性决定，可泵性取决于中等剪切速率下浆的粘度，雾化和燃烧特性则取决于高 剪切速率下浆的粘度。对于本文的研究来说，流变关系式的确定是研究水煤浆管内流动的阻力特性 的必要条件，有需要在开展正文研究前简要对其进行一下说明。 1 2 1 流变模型研究方法 水煤浆的流变模型研究主要有两种方法：一是从微观的角度出发，从悬浮液的各个组分的性质 和它们之间的相互作用出发，通过理论分析的方法建立相应的关联式。用此方法建立的本构方程虽 能在一定程度上反映水煤浆的流变机理，但由于悬浮液的复杂性，很难得到在大范围内应用的关联 式；第二种方法是依据研究对象和悬浮液的宏观流动行为，即通过试验观察悬浮液的流变特性，提 出包含多个参数的流变模型，进而用实验的方法确定这些参数。相比较而言，第二种方法比较实用。 1 2 1 1 液固悬浮液的粘度关系式 一般来说，由于液固两相高浓度水煤浆组成的复杂性，它的流变模型方程受许多因素的影响， 而且根据第一种方法确定水煤浆的流变特性时，需要严格的理论基础，因此，很难得到普适性的流 变特性的本构方程。许多学者针对不同的使用背景，对多种悬浮液进行研究，得出了许多粘度关联 式。 爱冈斯趔1 1 1 对于极稀球形颗粒，得出一个解析解关联式： 7 7 = ( 1 + 2 5 ) ， l 胀流体) 宾汉体( b i n g h a m 体) ： f = 吃+ 广 ( 脉l ，有屈服应力的拟塑性体) 广义宾汉体： f = f ，+ k y ” ( 驴1 ，有屈服应力的膨胀体) 式中r 为剪切应力，p a ；k 是流动相容系数( 又叫稠度系数) ；n 是流动形状指数，表示与牛顿流体 的偏离程度；r ，为屈服应力，p a ；r o 为宾汉体屈服应力；刁6 是宾汉体的塑性粘度，p a s ；y 为 剪切应变速率，s - 1 。 水煤浆的流变关系提出两个方面的要求【l6 1 ，一是表示其稳定程度的屈服应力部分，另一是代表 水煤浆流动阻力的剪切应力部分。因此作为水煤浆的常用流变模型一般采用屈服幂律体模型( 广义 宾汉体模型) 。显然当刀= 1 时，可转化为宾汉体；而当r 户0 时即为幂率体。 以上模型的特点是简单直观，可以直接反映剪切应力和剪切应变之间的关系，为进一步的研究 提供了定的基础，但由于没有考虑固相颗粒分布以及固相颗粒间的相互作用对悬浮体流变性的影 响，所以难以对液同非牛顿流体发生的滑移现象和机理提供非平衡性的基本信息。 1 2 2 流变特性试验方法 1 2 2 1 管流法 管流法1 1 7 1 是研究水煤浆流变特性的一种非常有效的试验手段。其主要原理是：保持水煤浆在管 道内的恒定剪切流动，测量水煤浆流经直管段上压差a p 和流量“通过换算关系，确定水煤浆剪 切速率与剪切应力之间的关系。壁面上的剪切应力飞和剪切速率埯的具体表达式如下： ：攀( 1 - 2 ) 2 亩 圪= 等( 等) m 3 ， 珐静妒执刀：糕肿毋扣一枷就 1 2 2 2 旋转粘度计法 旋转粘度计法1 刀是利用双简体的旋转效应，直接测量转速、扭距等参数，然后根据所得参数通 过一定的换算关系获得水煤浆剪切速率与剪切应力之间的关系。运用同轴旋转粘度计，通过测量可 扭距r 和转速6 3 ，根据下列关系式可得出圆筒壁面的剪切应力气，剪切速y b ： 气：jl(1-4) 气2 2 万l r b 2 胪砑 n 。5 式中：卜旋转简体高度；r 广旋转内简体半径；一旋转内筒体与外筒体半径之比； d l g t n = - 。 1 3 水煤浆阻力特性研究进展 1 3 1 阻力特性的影响因素 了解水煤浆在局部管件内阻力特性的影响冈素是分析水煤浆在局部管件内阻力特性及提出相 应经验公式的基础。通过一些学者的不断研究【l 她引，得出水煤浆流经局部管件时阻力特性主要由一 下三个方面的影响：( 1 ) 水煤浆本身的性质，可由流变模型中的模型参数和密度确定；( 2 ) 局部管 件管件的形状和尺寸，这是一个比较重要的影响因素；( 3 ) 入口流速，入口流速的大小直接影响了 水煤浆进入局部管件的流型，同时也对水煤浆在局部管件中的流动变化有一定的影响。 在研究特定局部管件的阻力特性时，可以根据文献及经验对其大体的影响因素做一个估计。一 般认为量纲分析法是得出各影响因素之间关系的一种较为有效的方法。通过量纲分析法可以得出阻 力特性系数( 如局部能量损失系数等) 的准则方程【2 4 1 ，利用试验得出的数据对方程进行拟合得出阻 力特性系数的经验公式，这是目前研究水煤浆在局部管件中的阻力特性的比较常用有效的方法。 4 第l 章绪论 1 3 2 局部管件内的阻力特性 管内流动阻力特性的研究能为管道设计提供依据，因此对于泵送动力的选择、管道的安全高效 运行具有十分重要的意义。目前，对于水煤浆直管内阻力特性的研究已经比较成熟，如何精确确定 其在局部管件内的流动阻力及其变化规律已成为管道输送技术应用的迫切需求。预测局部管件内阻 力损失主要有两大阻碍因素【2 5 】：l 、流动的机理没有被明确地定义：2 、x 献中- - j - 用的实验数据相当 有限。 1 3 2 1 局部管件的几何形状对阻力特性的影响 相对于直管而言，局部管件在几何形态上具有明显的特征，这就造成了流体在局部管件内流动 的不规则性，这种不规则流动也对流体在进入局部管件前及流出局部管件后的一小段管段上产生影 响【2 6 j 。水煤浆流经局部管件的阻力损失不仅仅发生在几何意义上的局部管件上，局部管件的前端及 尾流段上的阻力损失也是由于流体流经局部管件而引起的，因此，要全面考虑阻力损失就必须考虑 除几何意义局部管段外的前端及尾流影响段。目前研究的主要困难在于：局部管件的前端及尾流影 响区中流动非常复杂，特别对于水煤浆这种高粘度的液固两相非牛顿流体在局部管件中前端及尾流 影响区的研究还比较少，目前对于这两项长度的确定比较困难。因此，一般在研究时可以将局部阻 力损失定义为局部管件影响段内的全部阻力损失。 1 3 2 2 非牛顿流体流经局部管件的阻力特性 目前的研究中，比较多见的是对于其它一些特定的非牛顿流体在局部管件中的阻力特性的研究。 许多国外学者1 2 m l 】对特定的非牛顿流体流经突扩、突缩、弯管、阀门等局部管件的阻力特性做了许 多研究，最终得出一些具有针对性的经验公式，但是对于水煤浆这种特殊的高枯度液同两相非牛顿 流体来说，这些经验公式并不能很好的满足。 国内一些学者l 3 2 - 3 6 1 对水煤浆在一些局部管件内的流动阻力特性也做过一些研究，但研究存在以 下两方面的问题：1 、学者们通过试验研究，针对特定性质的水煤浆提出了一些可以指导工业应用的 经验公式。由于水煤浆的性质受煤种、浓度、粒径分布等的影响十分显著，因此，这些经验公式的 使用局限性较大，有些甚至与实际的试验数据相差甚远。2 、从目前能查阅的文献来看，只能查到少 量的特定煤种的水煤浆流经突缩管、渐缩管、水平弯管的阻力特性，特别对于突扩管、渐扩管及竖 直弯管的阻力特性的研究几乎没有。 本文在研究中，对于上述各类局部管件按照几何形态上的特点，分类为突变截面管件、9 0 。弯 管、渐变截面管件，一方面综合研究各类局部管件内的阻力特性，为水煤浆的管道设计提供更多的 数据支持；另一方面，可以将几何形态上较为相似的局部管件的阻力特性进行相互比较。 5 东南大学硕士学位论文 1 4 本文研究的主要内容 本文研究内容即为国家“9 7 3 计划”项目的子课题( 2 0 0 4 c b 2 1 7 7 0 l - 0 3 ) 高浓度浆态非牛顿 流体的流动特性与均配规律研究的相关部分，在中试规模的水煤浆管道输送试验装置上，主要对水 煤浆在局部管件内流动的阻力特性进行了相关的试验研究，主要工作如下： 1 ) 在水煤浆中试输送试验台上，对多个浓度的水煤浆流经直管时进行流量一压力降试验，介绍了水 煤浆流变模型的常用研究方法，得出水煤浆的流变关系。另外还对水煤浆直管内阻力特性进行验证， 明确了直管内水煤浆阻力计算方法。同时利用其它一些测试方法对试验所用水煤浆的密度、浓度等 物性参数进行测量。这些工作为研究水煤浆在局部管件内流动的阻力特性打下了必要的基础。 2 ) 对淮南煤水煤浆在两类突变截面管件内流动的阻力特性进行对比研究，探讨了影响该局部管件内 的水煤浆流动阻力特性的相关因素，对两类突变截面管件中局部压力损失系数随雷诺数的变化规律、 z e d 与雷诺数等的关系进行了讨论，并根据牛顿流体中突缩管、突扩管的局部阻力损失系数的表达 方法对水煤浆在突变截面的阻力损失系数关系式进行几何修正，尽量消除因几何特性带来的影响。 3 ) 在试验台上综合研究了淮南煤水煤浆流经9 0 。弯管( 包括竖直弯管和水平弯管两种形态) 时的 阻力特性。对影响弯管内煤浆流动阻力特性的相关因素进行讨论，对淮南煤水煤浆在弯管内流动的 局部阻力损失系数、流动有效长度比、摩擦阻力比等进行研探讨，并在前人研究基础上对煤浆在弯 管内的阻力特性经验公式进行改进，以期更为全面地对煤浆在弯管内的阻力特性进行研究。 4 ) 完整地对渐变截面管件( 包含渐缩管、渐扩管) 内淮南煤水煤浆的阻力特性进行研究。在探讨渐 变角等因素影响的基础上，具体分析了该类局部管件内压力损失、局部压力损失系数、流动有效长 度比等的变化，得出了一些阻力特性方面的变化规律，并适当对渐缩、渐扩管内的阻力特性进行对 比，丰富水煤浆流经渐变截面管件的研究。 6 第1 章绪论 参考文献 崔吉峰，李翔，乞建勋，等中国能源可持续利用模式思考【j 】华北电力技术，2 0 0 8 ，( 5 ) ：4 9 - 5 2 章名耀，李大骥等关于我国发展先进燃料发电技术的建议阴动力工程，1 9 9 4 ，( 4 ) ：1 8 周俊虎，匡建平，周志军，等黑液水煤浆焦与普通水煤浆焦c 0 2 催化气化反应特性研究【j 】中 国电机工程学报，2 0 0 6 ，2 6 ( 1 2 ) - 1 4 9 - 1 5 5 岑可法，姚强，曹欣玉，等煤浆燃烧、流动、传热和气化的理论与应用技术 m 杭州：浙江 大学出版社1 9 9 7 赵光宇，窦文英水煤浆的管道输送工程【j 】中国煤炭，2 0 0 3 ，2 9 ( 8 ) ：1 2 1 3 马兆芳，徐厚斌，单颜闻等气流床气化技术的现状及对比 j 】中氮肥，2 0 0 5 ( 6 ) ：1 0 1 1 于广锁，牛苗任，梁钦锋气流床水煤浆气化技术的应用现状及开发进展【j 】煤化工，2 0 0 4 ( 3 ) ： 1 - 5 张东亮国内外水煤浆气化技术研究开发现状【j 】大氮肥，1 9 9 5 ，1 8 ( 4 ) ：2 4 1 - 2 4 6 王辅臣大规模高效气流床煤气化技术的基础研究，国家基础研究发展计划( “9 7 3 计划”) 项 目( 2 0 0 4 c b 2 1 7 7 0 0 ) 任务书 卢平水煤膏输送特性和喷雾特性及其直接数值模拟的研究【d 】：【博士学位论文】南京：东南 大学，2 0 0 2 江体乾化工流变学【m 】，2 0 0 4 ，华东理工大学出版社 rm t u r i a n ，e ta 1 ，s e t t l i n ga n dr h e o l o g yo fs u s p e n s i o no fn a r r o w - s i z e dc o a lp a r t i c l e s ，a i c h e j o u r n a l ，3 8 ( 7 ) ，1 9 9 2 ：9 6 9 9 8 7 g a ye c , n e l s o n , p a a n da r m s 廿o n g ，w e ，f l o wp r o p e r t i e s o f s u s p e n s i o n s 、) l r i t hh i g l ls o l i d s c o n c e n t r a t i o n , a i c h ej ，1 9 6 9 ，1 5 ( 6 ) ：8 1 5 h u a n gz h a o x i a n g ，e ta ls o m ea s p e c t so np r e p a r a t i o nt e c h n i q u eo fc o a lw a t e rs l u r r ya n di t sc o m b u s t i o n p e r f o r m a n c e ，5 t hc s c t , 1 9 8 3 ：1 0 1 2 王绍周，等粒状物料的浆体管道输送 m 北京：海洋出版社1 9 9 8 任远高浓度水煤浆流动和阻力特性试验研究【d 】：【硕士学位论文】南京：东南大学，2 0 0 7 王秋粉高浓度水煤浆的流变特性和滑移特性试验研究 d 】【硕士学位论文】南京：东南大学， 2 0 0 7 陈良勇等，高浓度水煤浆的流变特性与壁面滑移效应试验研究【j 】，燃烧科学与技 术2 0 0 8 ，1 4 ( 4 ) ：31 7 - 3 2 2 t u r i a nrm s t a b ili t y ，r h e o l o g ya n df l o wi np i p e s ，b e n d s ，f i t t i n g s ，v a l v e sa n dv c n t u r im e t e r so f c o n c e n t r a t e dn o n - n e w t o n i a ns u s p e n s i o n s d c h i c a g o ：u n i v e r s i t yo f k l l i n o i s ，1 9 8 7 e t e m asg h t u r b u l e n tf l o wf r i c t i o nl o s sc o e f f i c i e n t so ff i t t i n g sf o rp u r e l yv i s c o u sn o n - n e w t o n i a n f l u i d s 【j 】i n tc o m mh e a tm a s st r a n s f e r ，2 0 0 4 ，31 ( 5 ) ：7 6 3 - 7 71 李衍禹水煤浆流径缩管段阻力特性的研究 d 】济南：山东工业大学，1 9 9 1 崔强，白玉水煤浆流经突缩管件阻力特性的研究【j 】长沙电力学院学报( 自然科学版) ，1 9 9 8 ， 1 3 ( 3 ) ：3 2 5 7 1j，j 1 j 1 j 1 j 1 j 1 j 1 j 1 j 1；，j 1；ij l i i i l； 四网 附 嘲嘲吲 嘲聊 埘 川吲 嘲 柳 蚓吲切 埘 例 珊 圳功 r；rl r l r l r l r l r【rl r l r l r 【 东南大学硕士学位论文 【2 3 】w i l d m a ndj ，e k m a njm ，k l i m g i n gg e h a t t e c h c o n f 1 9 8 4 ，( 9 ) ：5 0 一5 6 【2 4 】任远，陈良勇，赵国华，等水煤浆流经渐缩管段的局部阻力特性 j 】动力工程，2 0 0 8 ，2 8 ( 4 ) ： 6 5 l 一6 5 6 【2 5 】t a r u nk a n t ib a n d y o p a d h y a y , s u d i pk u m a rd a m n o n - n e w t o n i a np s e u d o p l a s t i cl i q u i df l o wt h r o u g h