污泥流變特性、壁面滑移及流動阻力特性研究.pdf

1、污泥長距離管道輸送具有污染少，能耗低，效率高和安全可靠等優(yōu)點，但是污泥作為高濃度黏稠物料，其長距離管道輸送有許多技術(shù)還很滯后，許多方面還需深入研究。高濃度黏稠物料的流變特性是管道輸送工藝設計和運行不可缺少的基本參數(shù)，本文基于此，利用流變儀和小型污泥管道試驗裝置開展了有關(guān)污泥流變特性、壁面滑移、直管內(nèi)流動阻力特性等方面的研究。
　　用旋轉(zhuǎn)流變儀對污泥流變特性進行研究，通過改變溫度和含水率并采用Carreau-Bird模型對污泥流變數(shù)

2、據(jù)進行擬合處理。污泥在不同含水率下隨著剪切速率的增加，流變由屈服假塑性流體向賓漢流體轉(zhuǎn)化，污泥黏度逐漸變小，表現(xiàn)出剪切變稀現(xiàn)象。表觀黏度與污泥的輸送密切相關(guān)，含水率大于81.3％時，表觀黏度較低，適于遠距離泵送。Carreau-Bird模型對污泥流變曲線擬合處理的較好，零剪切黏度隨溫度變化非常大，無窮大剪切黏度隨含水率變化比較小，時間常數(shù)隨含水率的降低而變小。
　　用旋轉(zhuǎn)流變儀研究了污泥的壁面滑移，根據(jù)剪切應力/應變曲線的間距依賴

3、性，研究了影響壁面滑移的可能因素。穩(wěn)態(tài)剪切表明，濃度和溫度是污泥產(chǎn)生滑移的重要因素。動態(tài)剪切試驗中，分析了應力總波形，隨后進行不同角頻率、溫度在三種間距下的應變掃描，可以看到不同角頻率下剪切應力曲線在線性和非線性區(qū)剛開始時幾乎重合在一起，隨著剪切應力增大，在非線性區(qū)出現(xiàn)了分叉，分叉點處應變和相應的剪切應力是不恒定的，這表明壁面滑移與角頻率、應變等因素有關(guān)。在對污泥動態(tài)剪切曲線分析時，發(fā)現(xiàn)在一定時間內(nèi)滑移現(xiàn)象發(fā)生了，剪切速率掃描曲線隨著速

4、率的增大，表現(xiàn)出一定的黏彈性，同時在角頻率為低、中、高頻三種情況下對應變進行掃描，發(fā)現(xiàn)存在一個無量綱參數(shù)τ′/|G*|，即彈性應力與線性區(qū)復數(shù)模量的比值，該參數(shù)隨著角頻率的增大而緩慢下降，這表明時間對污泥壁面滑移有一定的影響，其中彈性應力起了主要作用。
　　不同的材質(zhì)夾具對試驗結(jié)果影響是不同的，材質(zhì)不同，滑移速度不同。壁面滑移隨著表面吸附的增強而減弱，一般滑移程度可以用滑移長度和滑移速度來衡量，試驗表明，滑移速度是不銹鋼>黃銅>鋁

5、。在毛細管流變儀試驗中，含水率81.3%的脫水污泥在室溫25℃情況下同HDPE型的熔體表現(xiàn)出了近似的規(guī)律，也會存在粘著區(qū)、振蕩區(qū)、滑動區(qū)和擾亂區(qū)，這與污泥的黏性及成分有極大關(guān)系。采用毛細管流變儀并應用經(jīng)典的Mooney法對污泥壁面滑移速度進行了測量，發(fā)現(xiàn)污泥在溫度25℃、30℃和35℃發(fā)生壁面滑移時其滑移速度值都比較小，并且隨著溫度升高，污泥漸趨稀化，滑移速度也有所提高。剪切應力的增加也對滑移有很大影響，在一定剪切速率下，污泥在去除壁面

6、滑移影響后的剪切應力要大于實際試驗所測的剪切應力。
　　在小型污泥直管中，污泥管內(nèi)流動受到流量、含水率、管徑和停滯時間等因素的影響。相同流量下，管徑越大，管道輸送壓力損失就越小，隨著流量的增大，管道輸送壓力損失越大。流量對管道輸送壓力損失的影響隨著含水率的的增大隨之減小，管徑越大，管道輸送壓力損失就越小。污泥在停滯一段時間后，黏性增加，停滯時間越長，重新啟動壓力就越大，但當壓力達到一定峰值后阻力會逐漸趨于穩(wěn)定。
　　基于均質(zhì)

7、非牛頓流體模型對污泥在直管內(nèi)流動阻力進行了數(shù)值模擬，獲得了污泥直管內(nèi)流動規(guī)律。模擬計算中考慮了有無滑移兩種情況下的不同流速、不同含水率、不同管徑對阻力的影響，并對管內(nèi)流動進行了速度場分析。污泥的流速對污泥的阻力損失影響變化非常大，當流速一定時，管內(nèi)壓力沿管路沿線分布呈逐漸遞減的變化趨勢，而且近似呈線性變化規(guī)律。污泥含水率對污泥阻力影響也很大，含水率越高，管內(nèi)沿程阻力就越小。管徑是污泥在管道輸送過程中的關(guān)鍵參數(shù)，其對摩擦阻力損失有著重要的