水煤漿管內(nèi)流動特性試驗研究及其數(shù)值模擬.pdf

1、水煤漿管道輸送具有效率高、成本低、污染小和安全可靠等優(yōu)點，在潔凈煤技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但水煤漿管道輸送技術(shù)領(lǐng)域的研究多停留在經(jīng)驗或半經(jīng)驗層面，相關(guān)基礎(chǔ)研究嚴重滯后。作為復(fù)雜的液固兩相非牛頓流體，水煤漿在流動方面仍存在大量科學(xué)問題亟待解決，這些問題制約著高濃度水煤漿管道輸送技術(shù)的發(fā)展。本文基于水煤漿管道輸送技術(shù)的要求，針對該技術(shù)所涉及的水煤漿流變特性、壁面滑移特性以及管道阻力損失等方面的核心與科學(xué)問題展開研究。 在中試規(guī)模的試驗裝置

2、上進行了多管徑下流動試驗，通過改變濃度、粒徑、溫度和流速等參數(shù)，深入系統(tǒng)地研究了水煤漿管內(nèi)流動的壁面滑移規(guī)律。在表觀滑移流動機理假設(shè)的基礎(chǔ)上，利用經(jīng)典Mooney滑移修正方法的模型檢驗功能和Tikhonov正則化方法的準確性，首次將兩種方法聯(lián)合使用確定了水煤漿的真實流變特性和壁面滑移特性。對水煤漿壁面流動狀態(tài)和流動機理進行了深入分析，提出了液固兩相非牛頓流體壁面滑移的形成和抑止機理，確定了管內(nèi)的流動三種形態(tài)，建立了它們與固相特性、操作條

3、件和管道尺寸等因素之間的本質(zhì)聯(lián)系。 研究了水煤漿的真實流變特性隨濃度、粒徑、溫度和剪切等因素的變化規(guī)律。以煤水混合物流變機理假設(shè)為基礎(chǔ)，建立了表觀粘度、屈服應(yīng)力、極限剪切粘度的變化規(guī)律和流變特性的轉(zhuǎn)變規(guī)律與漿體內(nèi)部物質(zhì)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系；揭示了顆粒間的相互作用是控制整個管內(nèi)流動形態(tài)的關(guān)鍵因素，建立了漿體流變特性與壁面流動狀態(tài)之間的聯(lián)系。 從流動結(jié)構(gòu)和能量損失的角度研究了壁面流動條件和流變特性對水煤漿管內(nèi)流動特性和阻力特性的影

4、響，揭示了管內(nèi)流動特性和阻力特性隨濃度、溫度、粒徑和管徑及流動形態(tài)等因素的變化規(guī)律；建立了可同時表征漿體流變特性和壁面滑移特性的相似準數(shù)（廣義雷諾數(shù)）。 對水煤漿流經(jīng)一系列局部管件的能量損失規(guī)律進行了系統(tǒng)的試驗研究，確定了彎管阻力損失隨彎徑比、管徑和廣義雷諾數(shù)的變化規(guī)律，探討了彎管內(nèi)流動相似性問題，研究了突縮管和突擴管的局部阻力損失以及流體特性的影響。首次研究了具有壁面滑移特性的非牛頓流體在局部管件的能量損失規(guī)律，揭示了壁面滑移

5、特性和滑移層破壞對總局部阻力損失的影響。對局部阻力損失規(guī)律的研究，不但為水煤漿這類高濃度液固兩相非牛頓流體的管道設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)和參考數(shù)據(jù)，而且是對該領(lǐng)域研究成果的豐富和發(fā)展。 基于歐拉多相流方法，結(jié)合顆粒動理學(xué)的基本理論和多相湍流模型，建立了能在較寬雷諾數(shù)范圍內(nèi)描述水煤漿管內(nèi)流動的兩相流體動力學(xué)模型。模型計算中可將具有雙峰分布特性的煤粉顆粒看作直徑不同的兩種固相，同時考慮固相與液相、固相與固相之間的動量交換。在模型有效性驗證