·1310 工程科学学报.第42卷，第10期 工程特性，质量分数76%的料浆屈服应力过大，料 1.2实验原理与方案 浆丧失了流动性，在充填现场难以进行泵送作业 1.2.1实验原理 在满足全尾砂膏体“三不”工程特性以及可流动性 基于理想屈服应力流体观点，全尾砂膏体的流 的基础上，本次实验全尾砂料浆质量分数依次设 变模型常以2参数Bingham流体、Casson流体或 为66%、68%、70%、72%、74%共5个水平.实验 3参数H-B流体来表示，3种流变模型均属于理想 所用全尾砂密度p=2710kgm3,其粒径分布曲线， 屈服应力流体，其流变模型如式(1)： 如图1所示.由图1可知，-20μm细尾矿颗粒占 T=Ty+cy,t>Ty,Bingham流体 比32.0%，+100m粗尾矿颗粒占比10.1%，样品中 tp=r+eP,r>Ty,Casson流体 粗、细颗粒同时存在，粒级分布是多尺度的.细颗 (1) T=Ty+k,T>Ty,H-B流体 粒之间由于胶体相互作用易形成三维网络结构而 产生触变性叫，粗颗粒之间易发生碰撞与摩擦等 y=0,T≤ty 接触作用☒ 式中：t为剪切应力，Pa;ty为屈服应力，Pa;k为稠度 o 系数，Pas;e为塑性黏度，Pas;n为流动指数，量 Differential 100 纲为1：为剪切速率，s.分析三种流变模型可知， 8 -Integral Bingham流体为H-B流体在流动指数e1时的特殊 80 形式，此时稠度系数k即为塑性黏度？，二者量纲相 6 同，而Casson流体为Bingham流体开方后的特殊形 60 式.三种流变模型均可由H-B流变模型统一描述， 0 均存在屈服应力，项，并且三种流变模型对屈服条 2 件的定义均是相同的刀.不失一般性，本文以3参数H 0 B流体为例进行分析，所得结论同样适用于Bingham 0楼五sa 流体与Casson流体，H-B流体屈服应力定义为固 0.1 1020 100 000 Tailings particle diameter/um 态-流态转换时的一个转折点，如式(2)所示： 图1全尾砂粒径分布曲线 y→0，t→Ty (2) Fig.I Particle size distribution of unclassified tailings 为得到屈服应力x,最直接的方法是控制剪切 1.1.2实验仪器 速率逐渐递减至0.由式(1)的单调递增性可知，剪 全尾砂膏体颗粒体系的多尺度特性，使其在 切应力正比于剪切速率.维持施加的剪切速率不 屈服应力测量时应避免测量前对料浆内部三维网 变，式(1)定义的剪切应力将保持恒定.理想屈服 络结构的破坏、以及转子表面与颗粒间的滑移23-24， 应力流体框架内，不同剪切速率条件下，剪切应力 本实验采用桨式转子开展流变测量，为避免粗颗 随测量时间的演化曲线如图2所示 粒在测量过程中发生颗粒迁移而降低测量数据的 准确性，采用宽间隙测量系统，测量系统尺寸参 73 数见表1. 表1桨式转子测量系统尺寸参数 Table 1 Size parameters of vane rotor measurement systems Rheometer BROOKFIELD RST-SST Rotor model VT-40-20-3600128 Rotor shape Four-blade rotor Rotor height,h/mm 40 。→0 Rotor diameter,d/mm 20 Container height,H/mm 100 Container diameter,D/mm 呢 图2理想屈服应力流体剪切应力-测量时间演化曲线 Aspect ratio of rotor,h/d Fig.2 Diagram of evolution of shear stress-measuring time for ideal Diameter ratio,Dld yield stress fluid工程特性，质量分数 76% 的料浆屈服应力过大，料 浆丧失了流动性，在充填现场难以进行泵送作业. 在满足全尾砂膏体“三不”工程特性以及可流动性 的基础上，本次实验全尾砂料浆质量分数依次设 为 66%、68%、70%、72%、74% 共 5 个水平. 实验 所用全尾砂密度 ρ=2710 kg·m–3，其粒径分布曲线， 如图 1 所示. 由图 1 可知，–20 μm 细尾矿颗粒占 比 32.0%，+100 μm 粗尾矿颗粒占比 10.1%，样品中 粗、细颗粒同时存在，粒级分布是多尺度的. 细颗 粒之间由于胶体相互作用易形成三维网络结构而 产生触变性[21] ，粗颗粒之间易发生碰撞与摩擦等 接触作用[22] . 1.1.2    实验仪器 全尾砂膏体颗粒体系的多尺度特性，使其在 屈服应力测量时应避免测量前对料浆内部三维网 络结构的破坏、以及转子表面与颗粒间的滑移[23−24] ， 本实验采用桨式转子开展流变测量，为避免粗颗 粒在测量过程中发生颗粒迁移而降低测量数据的 准确性[25] ，采用宽间隙测量系统，测量系统尺寸参 数见表 1. 1.2    实验原理与方案 1.2.1    实验原理 基于理想屈服应力流体观点，全尾砂膏体的流 变模型常以 2 参数 Bingham 流体、Casson 流体或 3 参数 H–B 流体来表示，3 种流变模型均属于理想 屈服应力流体，其流变模型如式（1）：    τ=τy +ηcγ,τ > τ ˙ y,Bingham流体 τ 1/2=τ 1/2 y +(ηcγ˙) 1/2 ,τ > τy,Casson流体 τ=τy +kγ˙ n ,τ > τy,H−B流体 γ˙ = 0,τ ⩽ τy （1） γ˙ 式中：τ 为剪切应力，Pa；τy 为屈服应力，Pa；k 为稠度 系数，Pa·sn ；ηc 为塑性黏度，Pa·s；n 为流动指数，量 纲为 1； 为剪切速率，s –1 . 分析三种流变模型可知， Bingham 流体为 H–B 流体在流动指数 n=1 时的特殊 形式，此时稠度系数 k 即为塑性黏度 ηc，二者量纲相 同，而 Casson 流体为 Bingham 流体开方后的特殊形 式. 三种流变模型均可由 H–B 流变模型统一描述， 均存在屈服应力 τy 项，并且三种流变模型对屈服条 件的定义均是相同的[7] . 不失一般性，本文以3 参数H– B 流体为例进行分析，所得结论同样适用于 Bingham 流体与 Casson 流体. H–B 流体屈服应力定义为固 态‒流态转换时的一个转折点，如式（2）所示： γ˙ → 0,τ → τy （2） 为得到屈服应力 τy，最直接的方法是控制剪切 速率逐渐递减至 0. 由式（1）的单调递增性可知，剪 切应力正比于剪切速率. 维持施加的剪切速率不 变，式（1）定义的剪切应力将保持恒定. 理想屈服 应力流体框架内，不同剪切速率条件下，剪切应力 随测量时间的演化曲线如图 2 所示. 表 1    桨式转子测量系统尺寸参数 Table 1    Size parameters of vane rotor measurement systems Rheometer BROOKFIELD RST-SST Rotor model VT-40-20-3600128 Rotor shape Four-blade rotor Rotor height, h /mm 40 Rotor diameter, d /mm 20 Container height, H /mm 100 Container diameter, D /mm 80 Aspect ratio of rotor, h/d 2 Diameter ratio, D/d 4 0.1 1 10 100 1000 0 2 4 6 8 10 Tailings particle diameter/μm Integral distribution/ % Differential Integral Differential distribution/ % 20 0 20 40 60 80 100 图 1    全尾砂粒径分布曲线 Fig.1    Particle size distribution of unclassified tailings 0 t3 t2 t1 γ 0 → 0 · γ 1 · γ 2 · γ 3 · t0→∞ τ0 → τy t τ1 τ2 τ3 τ 图 2    理想屈服应力流体剪切应力–测量时间演化曲线 Fig.2    Diagram of evolution of shear stress – measuring time for ideal yield stress fluid · 1310 · 工程科学学报，第 42 卷，第 10 期