基于旋转粘度计法的水煤浆流变关系修正

转化利用基于旋转粘度计法的水煤浆流变关系修正桑钱锋,段钰锋,陈良勇,刘猛(东南大学热能工程研究所,江苏南京210096)摘要:对兖州煤水煤浆进行流变特性试验研究,将管流法、旋转粘度计法得出的流变关系进行比对和分析。以测量结果更适合工程运用的管流法试验数据为基准,对旋转粘度计法所得的结果进行修正,首次得出基于旋转粘度计法的水煤浆流变关系的修正系数经验公式,较妤的达到运用操作简单的旋转粘度计法得到适合工程运用的水煤浆流变关系的目的。关键词:水煤浆;旋转粘度计法;流变关系中图分类号:TQ534.4文献标识码:A文章编号:10066772(2009)040048水煤浆作为一种成分复杂的悬浮体系,其流变切应力r和剪切速率y特性的影响因素非常广泛1-3:①煤种的理化特性;(1)②固相的容积份额;③固体颗粒大小及分布;④添加剂的种类和用量;⑤悬浮液的pH值;⑥温度。从(2)目前的研究看,对影响水煤浆流变特性因素的系统n(1-B")化和理论化的研究还比较少。工程实际中,大多通式中L—旋转筒体高度;过试验方法研究水煤浆的流变特性,主要是研究水R—旋转内筒体半径;煤浆的剪切应力与剪切应变速率之间关系的规律。B—旋转内筒体与外筒体半径之比;对兖州煤水煤浆进行流变特性试验研究,在试n=2验结果基础上以测量结果更适合工程运用的管流1.2旋转粘度计法测量结果法试验数据为基准,对旋转粘度计法所得结果进行表1为用旋转粘度计测得的兖州煤水煤浆的流修正得出基于旋转粘度计法的水煤浆流变关系的变关系。修正系数经验公式,为工程运用提供依据。2管流法测水煤浆的流变特性1旋转粘度计法测水煤浆的流变特性2.1管流法测量原理1.1旋转粘度计法测量原理管流法是研究水煤浆流变特性的一种非常有旋转粘度计法是利用双筒体的旋转效应,直接效的试验手段。其主要原理是:保持水煤浆在管道测量转速、扭距等参数,然后根据所得参数通过一内的恒定剪切流动测量水煤浆流经直管段上压差定的换算关系获得水煤浆剪切速率与剪切应力之Δ和流量Q,通过换算关系,确定水煤浆剪切速率间的关系。运用同轴旋转粘度计,通过测量可扭距与剪切应力之间的关系。壁面上的剪切应力T和T和转速o根据下列关系式可得出圆筒壁面的剪剪切中国煤化工CNMHG收稿日期:2009-03-13基金项目:国家重点基础研究发展计划(973)资助项目(2004B2701)作者简介;桑钱锋(1984-),男,江苏南通人,硕士研究生《洁净煤技术》2009年第15卷第4期转化利全国中文核心期刊矿业类核心期刊《cAcD规范》执行优秀期刊表1旋转粘度计法所得水煤浆的流变关系质量浓度剪切速率y壁面切应力r/Pa质量浓度653%3.640000800R11.92剪切速*Y/(s)15.711.95图1水煤浆真实流变曲线25.7质量浓度67.1%67.1%38.3149.43·D=25mm18.6328.62剪切速率y/(s)68.2%00800000070.54图2水煤浆真实流变曲线92.46114.87质量浓度68.2%T=pR(3)品25B D=Q/3n+1(4)▲D=50mm式中R—管道直径;L—试验管段长度;剪切速率Y/(s)Q。—试验管段内无滑移条件下水煤浆流图3水煤浆真实流变曲线DYdIf(T)drindn/4,其中,3基旋转粘度计法的水煤浆流变关系修正3.1对旋转粘度计法所测流变关系修正的意义VTR旋转粘度计使用的试样少,温度控制简单易高浓度水煤浆在管内流动时存在滑移现象需行,粘度可直接读出,是实验室分析牛顿流体和非要对滑移进行修正。质量浓度为6.1%和牛顿流体的常用仪器。但是,旋转粘度计在分析非68.2%的兖州煤水煤浆在管内流动存在滑移现象,牛顿流体时,所测量的数据往往会有一定的误差。必须进行滑移修正之后,才能得到其真实的流变候克鹏”等人的研究证实旋转粘度计对于测量非模型。牛顿流体不精确。笔者用旋转粘度计所测流变关22管流法测量结果系与管流法所得结果有较大差别,在表2中给出比各浓度下兖州煤水煤浆的真实流变关系如图较。工程上一般认为用管流法试验所得数据比较图3所示。接近工程实际,具有很高的工程利用价值。但是,用广义宾汉体模型进行拟合,可得兖州煤水煤相对于旋转浃而言管流法所需试验台庞浆的流变关系式为大,试中国煤化工不易控制。对于浓度653%:r=4041+0.336y1水煤對CNMHG变万化的非牛顿浓度67.1%:T=40.761+0.1550流体来说,所要进行的重复试验量相当巨大。如果浓度682%:T=1741+2.409y12能够利用旋转粘度计测出适合工程实际的流变关基于旋转粘度计法的水煤浆流变关系修正转化利用系的话,那么,旋转粘度计法相对于管流法无疑具取相同值,理论上可以认为在修正过程中,这些因有巨大的优越性。笔者以测量结果更适合工程运素对修正系数的影响可以忽略不计。修正系数主用的管流法试验数据为基准,对旋转粘度计法所得要与质量浓度有关,其它影响因素可以忽略不计。的结果进行了修正。3.8表2管流法和旋转粘度计法所得水煤浆的流变关系对比13.506500.600.6700.680069036.1911.92图4修正系数与质量浓度关系15.760.8311.954结论17.22通过对水煤浆流变关系进行的试验研究,得出67.1%0000000400114.16了以下结论49.43153.95(1)管流法与旋转粘度计法所得流变关系有所61.1199.12差异,认为旋转粘度计法的误差较大18.6342.160000(2)以测量结果更适合工程运用的管流法试验28.6267.31数据为基准,对旋转粘度计法所得的结果进行修118.0370.54169.06正,首次得出基于旋转粘度计法的水煤浆流变关系的修正系数经验公式,该修正系数是对旋转粘度计114.87法所测得的壁面剪切应力的修正;(3)修正系数随着浓度的升高而有所降低,这3.2流变关系修正结果并不是说明在高浓度下两种试验方法所测结果相表2列出了各浓度下,管流法和旋转粘度计法接近。在高浓度下,壁面剪切应力较低浓度下增加的流变关系对比。表中,1,2分别表示用旋转粘度极大,所以尽管修正系数变小,但壁面切应力的相计法所测的壁面切应力及用管流法所得流变关系对误差是增大的,与文献[5]中指出的非牛顿体偏式计算所列剪切速率下的壁面切应力离牛顿流体的程度越大,修正误差也越大的结论并从表中可看出2种试验方法所得流变关系差不矛盾。别很大。笔者采用修正壁面切应力的方法来对旋转粘度计的流变关系进行修正。设k为修正系数,鲁考文献T2=kr1。对表2中的r1,n2进行线性拟合得到浓[1 Woskoboenko, Fedir, sIemon, Stanley R., Creasy,eta度为65.3%,67.1%,68.2%的条件下,修正系数分Rheology of Victorian brown coal slurries: Part 2. Effect of别为3.682,3.169,2.376。可以明显看出:随着浓PH[J]Fuel,l989,68(1):120-124度的升高,修正系数随之降低,如图4所示。对图4[2]刘宝林孔现水煤浆流动特性及其流变模型确定方中的试验数据进行多项式拟合,得出修正系数k与法综述[J].煤化工,1995,(4):49-53质量浓度φ的经验公式[3]江体乾.化工流变学[M].上海:华东理工大学出版k=-637.56+1965.34d-1505.9(5)社,2004.文献[1-3]指出:水煤浆的流变关系的影响因[4]陈良勇,高浓度水煤浆的流变特性与壁面滑移效应试验研究[门],燃烧科学与技术.2008,14(4):317素主要为:①煤种的理化特性;②固相的容积份额中国煤化工及其测试研究[.试③固体颗粒大小及分布;④添加剂的种类和用量CNMHGI8-19⑤悬浮液的pH值;⑥温度。所用的2种试验方法下转第41页)使用的是同一种水煤浆,试验中的参数如温度等也《洁净煤技术》2009年第15卷第4期转化利用全国中文核心期刊矿业类核心期刊cAcD规范》执行优秀期刊能随着摻混的木屑半焦量的逐渐增大而减小,这说CO2气氛下的气化行为进行模拟。明了煤与一定比例的木屑混合,可以相应地提高反(2)煤与一定比例的木屑混合时,可以相应地应活性。产生这种现象的原因可能是由于生物质提高其反应活性。半焦中存在的金属氧化物(主要是钾、钠)的含量大参考文于褐煤半焦的缘故(从表2可见),因为钾、钠等金属氧化物对半焦的气化反应具有一定的催化作用。[]于树峰仲崇立农作物废弃物液化的实验研究[燃料化学学报,2005,33(2):205-210.结论[2]阉常峰陈勇,李海滨,等.废木料焚烧炉燃烧过程的(1)未反应收缩核模型更适合于对混合焦在数值模拟[门]燃料化学学报,2004,32(6):705-710Study on kinetic models of co-gasification of biomassand coal in an atmosphere of coBIAN Wen, ZHANG Ke-da, WEN Fang, LIANG Da-ming, DONG Wei-guo, WANG PengBey ing Research Institute of Coal Chemistry, China Coal Research Institute, Beying 100013, China)Abstract: The main kinetic models of char gasification were reviewed, The gasification data of two chars were usedin these models correlated coefficient was used to evaluate the models. The results indicated that unreacted shrinking core model was more suitable for mixed coke gasification behavior simulation, and calculated the correspondingactivation energy. By comparing the activation energy data found that a certain proportion of coal and sawdust mixedcould accordingly improve its reactivity.Keywords: char; biomass char; carbon dioxide; model上接第50页Empirical formula of modified coefficient about theCWSs rheological relationSANG Qian-feng DUAN Yu-feng, CHEN Liang-yong, LIU MengThermal Engineering Research Institute, Southeast University, Nanying 210096, ChinaAbstract: The research of rheological property is the premise and basis to determine CWS's( coal-water slurry )lowrules in the pipeline. In this article, there are some experimental researches about rheological property to cws madefrom yanzhou coal. Based on the rheological relation obtained by the methods of pipe-flow and rotation viscometermade some contrasts and analysis, and thental data obtained by the method of pipe -flthe standard one then made someby thefirst time, got a empirical formula of modified coefficient about the Cws's rheological relation. This way realizedpurpose that to get the CwSs rheological relation that can fit the中国煤化工the method of rota-CNMHGeywords: coal-water slurry; rotation viscometer; rheological rela煤焦与生物质焦在CO2气氛下共气化动力学模型研究