山建起了我国第一个管道输煤输浆试验中心，桂林钢厂的800m水煤浆厂区输送管线已安全可 靠地运行了2年多。为了进一步推广应用水煤浆和缓和我国煤炭铁路运输的紧张局面，必须 建立长距离的输浆管线。煤浆在管内流动呈何种运动状态、煤浆对管道的磨损情况如何等等 问题都是人们十分关注的，也是水煤浆推广应用中必须解决的关键技术问题。 1水煤浆管内流动状态分析 水煤浆是一种具有触变性的复杂非牛顿流体。但是大量实验证实(2)：处于各种触变结 构的水煤浆的流变性都可以用不同屈服应力和塑性粘度的Bingham塑性流体模型来描述。它 在管内的流动可以分为2个区域，即管壁附近的剪切流区(r>r)和管中心附近的塞状流区 (r≤「p)。水煤浆在管内流动时的速度分布和剪切应力分布可表示为()： a=,C-r内）-，(R-)门 当r>rp,剪切流区 (1) =2,C-(2张)门-，〔r-()门当 r≤rp,塞状流区 (2) T=(r/2)(4P/L) (3) 式(1)、(2)、(3)中，4、4P、L、R、r、Ty分别为水煤浆的塑性粘度、管道两端的 压力差、管道长度、管道半径、管内的任意半 径及水煤浆的屈服应力。 由于水煤浆中添加剂的加人，使得煤粉颗 粒在水中分散得非常均匀，但毕竟还是一种固 液两相悬浮体，煤粉颗粒的运动状况也是需要 了解的。在剪切流区，由于存在速度梯度，煤 粉颗粒将受到一个剪切转矩的作用而发生旋 图1煤粉颗粒在速度梯度场中旋转 转，如图1所示。速度梯度越大，颗粒旋转 Fig.1 Rotation of coal powder in a field 越快，在塞状流区，速度梯度为零，颗粒不旋 with velocity gradient 转。 由此可见，在剪切流区，煤粉颗粒除了以整体的滑动外还附加了自身的旋转运动。根据 对剪切流区颗粒的受力分折，可以导出低剪切雪诺数(R©。= d/v≤1)时的颗粒旋 转速度为3： 7=(1/2)7×u (4) 实际水煤浆管道输送过程中，R。《1,,由此可以推导出水煤浆管道输送中煤粉颗粒的 旋转速度分布为： 当r>rp,剪切流区 (5) 84山建 起 了我 国第一个管道输煤 输浆试验中心 , 桂林钢厂 的 8 0 nt 水煤 桨厂 区输送管线 已安 全可 靠地运 行了 2 年多 。 为 了进一步 推广应用 水煤浆和缓和我 国煤炭铁路运输 的紧张局 面 , 必 须 建立长距离的输 桨管线 。 煤浆在 管内梳 动呈何种运动状态 、 煤浆对管道的磨损情况如何等等 问 题都是人们十 分关注 的 , 也是水煤浆 推广应用 中必须解决的 关键技术 问题 。 水煤浆管 内流动状态分析 水煤浆是一种具 有触变性的 复杂非牛顿流体 。 但是大量实验证 实 〔 2 ’ : 处于各种触 变 结 构的 水煤浆的流变性都可以 用不同屈 服应 力和 塑性粘度的 iB 鳍 h a m 塑性流体模型来描述 。 它 在管内的 流动可以分为 2 个区域 , 即 管壁附近的剪切流区 (r > r , ) 和管中心附近的塞状 流 区 (r ( , 尸 ) 。 水煤浆在管内流动时的速度分布和剪切 应力分布可表示为 〔 “ ’ : 1 产 J P _ 。 。 、 _ 、 、 、 , _ _ 一 _ , _ . 、 _ u = 一厂 t 而了 ( “ ` 一 r ` ) 一 T , ( 允 一 r ) ! 兰 r 夕 r , , 勇切 流区 ( 1 ) 尸 尸 , 、 任 ~ 尸州 尸 1 冈p 产 _ 。 U 二 - -一 厂二二井 I 亢 ` 一 邓 , 1 4 .L 、 〕 一 下 , 〔 “ 一 ( 2丫 , L 』尸 回 当 · 守一 塞 状 流 区 ( 2 ) ( 3 ) 、 R 、 , 、 , , 分别为水煤浆的 塑性粘度 、 管道 两 端 的 ) 一L L , 、 尸一P , 、 1月2P 一了卜J , ù一 " J , 二 ( r / 2 ) (」 P / L ) 式 ( l ) 、 ( 2 ) 、 ( 3 ) 中 , 声尸 、 压力差 、 管道长度 、 管道半 径 、 径及水煤浆的 屈服应力 。 管 内的任 意半 由于水 煤浆 中添加剂的加人 , 使 得煤粉颗 粒在 水中分散 得非常 均 匀 , 但毕竟还是一种 固 液 两相 悬浮 体 , 煤粉颗 粒的运动 状况也是需要 了解的 。 在 剪切流 区 , 由于存在速度梯度 , 煤 粉颗粒将受到 一个剪切 转矩的 作用 而 发 生 旋 转 , 如图 1 所示 。 速度梯度越大 , 颗 粒 旋 转 越快 ; 在 塞状流 区 , 速度 梯度为零 , 颗粒不旋 转 。 一 , . ’ - 呀 几 一一岑人一乡 穿 图 l 煤粉颖 粒在速度 梯度场 中旋转 F 1 9 . 1 R o t a t i o n o f c o a l P o w d e r i n a f i e l d w i t h v e ! o c i t y g r a d i e n t 由此可 见 , 在 剪切 流区 , 煤粉颗 粒 除 了以整体的滑动外 还附加了 自身 的旋转运动 。 根据 对剪切 流区颗 粒 的受力分析 , 转速度为 〔 3 ’ : _ ` 、 . 一 . , ` _ , _ . _ _ 、 . _ _ . _ . _ ! d u ! 弓 以导 出 做 剪切 雷话 数 ( 允 e “ = }了 } “ 到 , ( 1 ) 时的颗 粒旋 矿 实际水煤桨管道输送 过程 中 , R e 。 《 1 旋转速度 分布为 : = ( 1 / 2 ) F x u ( 4 ) , , 由 此可 以推导 出水煤浆管道输送 中煤粉 颗粒的 d 尸 厄工r 一 丁 y 当 『 > r , , 剪切流 区 ( 5 )