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《中央民族大学》 2017年
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高浓度水煤浆流变特性转变条件及其微观机理研究

龙海潮  
【摘要】:浆体管道输送技术由于其节能环保、低成本、无污染、作业不受天气影响等优势成为了继水运、公路、铁路、空运之后的第五大运输方式。在管道输送中,如何在较小输送阻力下达到最大的输送效率以降低运行成本一直被普遍关注。固液两相流的流变特性与管道输送中流体的阻力特性密切相关,是管道输送系统参数设计和优化的基础依据。本研究将浆体和膏体作为一个有机整体,利用同心圆筒旋转式流变仪,探究不同浓度、不同粒径条件下水煤浆/膏的流变特性,并利用低场核磁共振技术检测浆体中水分的横向弛豫时间分布,区分和定量吸附水、间隙水和自由水,综合分析浆体的微观水分分布情况与宏观流变特性变化结果,分析固液两相流粘度变化的内在微观机理,从微观机理角度分析并确定不同条件下水煤浆的浆体向膏体转变临界条件。主要工作和结论如下:(1)探究了不同浓度、不同粒径条件下水煤浆的流变特性。随着剪切速率的增加,水煤浆切应力线性增加,符合宾汉塑性模型。水煤浆具有触变性,随着剪切速率的增加,表观黏度减小。流变参数随着浓度的增加而增加,变化趋势呈指数型。且存在一个临界浓度,在临界浓度前后,流变参数变化率相差30倍,这是由颗粒间距的变化导致的。在一定浓度下,粘度随着粒径的增加而减小,原因是颗粒的理化性能和浆体中水分含量的变化。(2)利用低场核磁共振技术区分并定量水煤浆中的三种状态水,分析了粒径和浓度对不同状态水分含量的影响。T2谱图显示三种水的加权平均弛豫时间存在1-2个数量级的差异。在一定粒径下,吸附水含量与浓度无关,.自由水和间隙水含量均随浓度的增加而增多。在一定浓度下,吸附水和间隙水量与粒径呈负相关,自由水量与粒径呈正相关,原因是颗粒间距的大小和吸附团聚作用的强弱。(3)分析了浆体中微观水分分布与宏观流变特性之间的相互作用关系,进一步从理论角度确定了浆体向膏体转变的临界条件。浆体中自由水含量的变化是决定其宏观流变特性的根本原因。提出了可以同时考虑颗粒间距、自由水含量及颗粒粒径大小等多因素的参数,即颗粒间距比L/d。0.05L/d0.10为不同浓度、不同粒径物料浆体向膏体转变的临界条件。通过数据拟合得到了不同粒径水煤浆物料浆体向膏体转变的临界浓度公式,为最佳输送条件的确定提供依据。
【学位授予单位】:中央民族大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:U171

【参考文献】
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