水煤浆流变性描述公式和解释

1、.：.；水煤浆流变性描画公式和解释水煤浆是固液两相的非牛顿流体.其流变性非常复杂，影响要素也较多，对水煤浆保送和熄灭起决议性作用. 水煤浆是由煤粉，水和少量添加剂混合加工制成的稳定流体影响水煤浆成浆和流变特性的要素很多。在一定范围内程度不同地改动这些属性，可以提高保送以及运用的效率和平安性。描画水煤浆流变特性流变学属性水煤浆属于复杂的多相悬浮体系,施加剪切应力产生的速率梯度遭到其内部物理构造变化的影响,反过来内部的物理构造又会因剪切作用而引起变化,因此水煤浆的流变特性呈现复杂多样性。从目前的研讨看,水煤浆涵盖了牛顿流体和几乎各种类型的非牛顿流体。由于具有较高的固相含量、相对较小的煤粉颗粒以及添

2、加剂的参与使煤粉颗粒与水严密结合构成网状构造,多数水煤浆表现出显著的非牛顿流体特性。水煤浆的非牛顿流体特性通常具有如下特点:非单相性,即流变特性要用多个参数来表示;非单值性,粘度随剪切应力发生变化;非可逆性,粘度与剪切作用的继续时间有关,即表现出一定的触变性。多数工业用水煤浆存在屈服应力,在低剪切速率和高剪切速率下均呈现牛顿流体特性,在中等剪切速率下呈现剪切稀化特性,只需极少呈现胀流性流体特性。常用描画水煤浆流变特性常用的阅历模型公式有:牛顿流体:=宾汉塑性模型:=y+hp幂率模型:=Kn屈服-幂率模型:=y+KnCasson模型:0.5=y0.5+(hp)0.5Sisko模型=hg+KnEL

3、模型 -y=/(A+B-1)式中:、y分别为剪切应力和屈服应力,Pa;粘度,Pas;hp刚度系数,Pas;h高剪切速率对应的极限剪切粘度,Pas;K稠度系数;n流变特性指数。以上流变模型也称作本构方程,模型中的各参数是需求经过实验确定的流变参数,是水煤浆固有的物性参数。在流变特性研讨中,可根据研讨目的、对象和剪切速率范围等选择不同的模型。由于水煤浆流变特性复杂,以上阅历模型很难全面反映速率与呼应之间特性,运用这类本构方程描画水煤浆的流动特性时都会出现一定偏向。在流变特性研讨中,往往借用牛顿流体粘度的概念,即表观粘度或剪切粘度来表征水煤浆的流动性。对非牛顿流体,表观粘度是剪切速率的函数,它可以明

4、晰地阐明遭到剪切作用时浆体抵抗变形的才干。因此,调查剪切粘度的影响要素和变化规律对水煤浆流动特征的认识和工程应器具有非常重要的价值。实验还阐明，水煤浆的表观粘度及剪切应力与剪切速率有关。水煤浆浓度在35%左右时，它们之间的关系仍呈线性。当水煤浆浓度进一步提高，就会出现剪切速率添加，其表观粘度的降低及剪切应力的添加趋势将愈益显著，并开场偏离线性关系。直至水煤浆浓度50%时，其相互关系已明显地偏离线性，同时，随剪切速率的上、下行变化其剪切应力或表观粘度出现上、下行的差别，并呈现一定的屈服应力，只是煤种不同其变化程度有所不同。随着水煤浆浓度的再提高，其剪切应力或表观粘度的上、下行差别增大，且表观粘度

5、随剪切速率添加而降低的趋势愈趋明显。实验结果如图2、4所示。实验阐明，普通水煤浆浓度到达50%时，已明显地偏离牛顿流体。随着水煤浆浓度的进一步提高，煤粒之间的液体减少，从而加强了粒子间相互作用的力，构成更多的粘滞性大的凝聚构造团，致使水煤浆的构造粘度增大，触变特性加强，同时还出现了屈服应力。可见，浓度超越50%的水煤浆已属具有触变特性及一定屈服应力的非牛顿型流体。非牛顿型拟塑性流体的剪切应力关联式中较有代表性的方程式应是指数律方程:T=K(dw/dr)a式中:k为均匀系数，k值愈大阐明流体的粘度愈高;n为流变特性系数，表示偏离牛顿型流体的程度。对不同水煤浆的实验数据进展回归处置，可求得上述被研

6、讨的各种水煤浆流变特性的重要参数n和k，而且它的相关系数达0.99以上，阐明实验结果能与指数律方程很好地吻合，所得n值均小于1。n50%时，确属非牛顿型和拟塑性流体。关于水煤浆对流变特性的要求:水煤浆从制浆到熄灭或气化要经过储存、管道保送和雾化过程,要求浆体具有良好的稳定性、保送特性和雾化特性。以上3种特性分别由低剪切速率、中等剪切速率和极高剪切速率下的流变特性决议,这就要求水煤浆在粘度、流动性和沉降性能方面到达良好的平衡。工业用水煤浆理想的流变特性应为:具有较高的浓度,静止形状下可以坚持良好的稳定性,即具有一定的屈服应力;在与管道保送过程和雾化过程相对应的中等剪切速率(10 s-1200 s

7、-1)和高剪切速率(5 000 s-130 000 s-1)下都应坚持较低的粘度。当煤粉含量较高时,水煤浆粘度会随浓度的添加而急剧地增大;当浓度较低时,浆体的流动性添加,但稳定性变差,熄灭效率或气化过程中碳转化率相应地降低。因此,改善水煤浆流变特性的重点应在保证合理粘度的前提下尽量提高水煤浆的浓度。水煤浆流变特性的影响要素影响水煤浆流变特性的主要要素有:(1)煤种及煤的理化特性;(2)固相含量;(3)颗粒大小及分布;(4)添加剂的种类和用量;(5)浆液的pH值;(6)温度等。固相含量对水煤浆的流变特性具有最直接的影响：有实验阐明,在较低浓度下水煤浆呈现牛顿流体特性;质量分数50%时,随浓度的添

8、加,拟塑性特征迅速添加。Tsai发现4,由幂率流体特性的溶剂和煤粉制成的浆体在低剪切速率下的拟塑性却随浓度升高而减小。Fedir对高水分褐煤的成浆特性研讨发现5,随浓度的添加或煤粉粒径的减小,浆体的非牛顿流体特性添加;屈服应力与煤粉含量、煤粉的颗粒大小分布、内孔面积等要素间存在亲密的相关性。固相含量对流变特性的影响与最大填充份额亲密相关,多种水煤浆的屈服应力浓度关系研讨显示：固相体积份额与最大填充份额之比(/m)在0.850.90范围内,屈服应力急剧添加,并在/m=0.900.95时趋向无穷大;另外,对具有牛顿流体特性的水煤浆粘度丈量阐明,相对粘度与(1?/m)呈反比关系。普通地,水煤浆的粘度

9、随浓度添加而添加,并在固相体积份额到达40%以上时开场表现出非牛顿流体特性。工业用水煤浆的煤粉含量非常接近可到达的浓度上限,即使是浓度的微小添加也会对流变特性产生显著影响。因此,对给定的煤粉-水两相系统,煤粉含量应控制在粘度急剧添加的浓度范围以下。普通地,升高温度有利于提高水煤浆的流动性：实验阐明,升高温度在降低粘度的同时也使浆体的非牛顿流体特性弱化。温度的影响还与温度所在范围有关。温度低100时,水煤浆粘度随温度升高而降低,在温度高于100时那么呈相反趋势。2种实验浆体的转机温度发生在50和70左右,在转机温度以上拟塑性特性随温度升高而添加。温度的影响与剪切速率有关,低剪切速率下升高温度会添

10、加颗粒间的碰撞机率,从而使颗粒聚并趋势添加,最终导致浆体的粘度升高。在高温条件下(如高于373 K)丈量了水煤浆的流变特性,由于煤粉颗粒发生分解和化学反响引起了浆体内部物质构造的显著变化,导致浆体的流变特性随温度的变化规律比常规条件下更加复杂。颗粒大小对液-固浆体流动性能的影响有2种根本途径:(1)浆体流动过程中,一定颗粒粒径差别对颗粒层间的相对运动产生影响;(2)颗粒粒径变化时引起最大填充份额变化。其中,后者的影响更为显著,要获得低粘度的水煤浆,煤粉必需具有较大的最大填充份额。均匀分布颗粒制成的浆体通常具有较高的粘度和较低的最大填充份额,除采用添加剂的方法外,采用合理的粒径分布或颗粒级配那么

11、是改善水煤浆流动性和稳定性的最有效和最常用的方法。经过优化粒径分布获得了最正确的水煤浆流变特性。特别是对成浆性能较差的高水分煤种,经过简单的粗细颗粒配比使浆体的稳定性显著改善,浆体的粘度降低到达5倍左右。这主要是由于粗细颗粒配比构成了合理的陈列构造,提高了颗粒的流动性能。颗粒外形对流变特性也具有显著的影响,普通地,颗粒偏离球形的程度越大,水煤浆的粘度越大,非牛顿流体特性也越显著。综上所述，欲制取高浓度水煤浆必需注重粒度分布问题。思索到水煤浆的流动性、稳定性以及制粉的动力耗费和煤浆的用途等要素，可见采用d粗/d细=711，粗、细粒分量含量比在4/66/4范围内属双模粒度分布的煤粉，更有利于配制成

12、高浓度的水煤浆。分散系数的影响目前，表达粒度分布的方程式很多，其中较为广泛运用的是ROSIN粒度分布式式中:Rd是孔径为d(件m)筛网上残留量，d是筛网的孔径(件m);1/d。是阐明粉体细度的系数;m是阐明粒度分布宽度的系数，通常称为分散系数，其值愈大阐明粒度分布范围愈窄。流变机理和公式的解释虽然对水煤浆的流变特性研讨已有很多,但迄今为止,在流变机理方面尚缺乏深化的研讨。下面援用的是孟令杰.增压流化床煤水混合物保送特性研讨。孟令杰提出的煤水混合物流变机理可较好地解释流变特性与物质构造之间的关系,其主要内容如下:(1)无论在静止形状还是在剪切形状下,一部分水分用来浸润煤粉颗粒外表,并构成一层被颗

13、粒外表吸附而不能参与流动的薄液体层;(2)在浆体遭到剪切作用后,颗粒间原有的空间网状构造遭到破坏并在高剪切速率下构成沿剪切方向的层状颗粒陈列,即煤粉颗粒陈列由随机的陈列构造形状向沿剪切方向的层状有序构造形状转变,其陈列有序程度与施加的剪切应力相关;(3)在有序陈列的煤粉层中,颗粒与颗粒间的水分不参与剪切流动;(4)在遭到剪切作用并到达稳定形状时,剪切变形主要发生在有规律陈列的煤粉颗粒层与层之间的水层中,而煤粉颗粒层上吸附的水分变形很小。图1给出了遭到剪切作用后煤水混合物流变构造的变化过程,sp、ip、ef分别为颗粒相、颗粒外表吸附的液相、颗粒间隙中的液相以及自在水分的体积份额。由以上假设,水煤

14、浆的粘度主要取决于ef的大小:ef=1-sp-ip可以看出,在一定的煤粉浓度下,要获得水煤浆的良好流动性能,就要设法降低和ip。应用该流变机理,孟令杰等等实际合了解释了浓度、粒径以及剪切速率等要素对煤水混合物流动特性的影响,而且得到了流动性能最正确的粗细颗粒配比。该流变机理可以对水煤浆的粘度特性、剪切稀化特性以及高剪切速率下浆体的牛顿流体特性作出较好的解释。图1煤水混合物的流变构造表示图对某些浓度较高的水煤浆,在高剪切速率下往往表现出剪切增稠特性。目前,主要存在2种变机理对此作出了较好的解释。另外一种实际其表示图如图2。当浓度较高时,颗粒间到达较为密实的堆积,颗粒与颗粒之间的相对滑动将会添加颗

15、粒层间间隔 ,导致动量在垂直于剪切方向上进展传送,使浆体表现出胀流体特性。还有一种机理就是:当高于一定剪切速率时,部分颗粒会从原有的颗粒层中分别出来,导致了原有的有序流动向无序流动转变,并以粘度添加的方式表现出来。图2煤水混合物剪切增稠特性的流变构造表示图水煤浆的流变特性随浓度的变化呈现复杂多样性,有文献尝试采用颗粒间相互作用强度的概念来解释该景象。以为不同浓度下浆体的流动特性主要取决于颗粒间的相互作用强度,而颗粒间的相互作用强度主要取决于颗粒间的平均作用间隔 ,颗粒间的平均作用间隔 越小,浆体的非牛顿流体特性就越显著。颗粒间平均作用间隔 计算如下:H/dp=(m/)1/3-1 (8)式中:H表示颗粒间的平均作用间隔 ;dp表示颗粒平均直径;m分别为固相体积份额和最大填充份额。之所以采用H/dp目的,主要是由于方程式中同时包含最大填充份额和体积份额,消除了颗粒大小分布等特性的影响。经过实验给出的流动特性划分如下:当H/dp0.08时为牛顿流体;当0.035H/dp0.08时为剪切变稀流体;当