水煤浆技术第四章.ppt

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1、水煤浆制备技术学时：32学分：2主讲人：陶秀祥第四章水煤浆的流变特性水煤浆是由固体煤粒、水及少量添加剂构成的一种混合物，虽然也是一种流体，但它不完全是真正意义上的流体，在贮存和流动性等方面有许多差异，从而导致它在加工和利用过程中存在一些自身特点。4.1流体的流变性流体的流变性是指受外力作用发生流动与变形的特性。当相邻层间发生相对运动时，流体质点间的内摩擦力会引起“剪切应力”τ，内摩擦力与层间相对速度或流动平面法向的速度梯度dv/dy有关。这个速度梯度称为剪切速率。在给定温度、压力条件下，剪切应力与剪切速率间保持恒定的比直，且不随剪切时间的长短而变。这个比值称粘度，以μ表示。

2、即流变特性符合这个定律的流体，称牛顿流体。也有许多不服从这个定律的流体，通称为非牛顿流体。牛顿内摩擦定律图中虚线为通过原点的直线。斜率即粘度。粘度不随剪切速率而变，所以它是牛顿流体的流变图。2称为假塑性流体，3称为胀塑性流体。这两种流体，在不同的剪切速率下，有不同的斜率，不能用一个指标μ来表示内摩擦力大小，而通常用表观粘度μα表示，它随剪切速率而变。假塑性流体随剪切速率增高，曲线斜率减小，即μα变小。胀塑性流体随剪切速率增高，曲线斜率增大，即μα增大。4.1流体的流变性假塑性和胀塑性的流变特性可用下列通式来表示：式中K称稠度，其值越大，表明粘度越高。n是流动特性指数，是偏离

3、牛顿体程度的参数。n＝1属牛顿流体；n＜1属假塑性流体；n＞1属胀塑性流体。4.1流体的流变性高分子聚合物溶液及一些矿浆，会表现为假塑性流体。流动后相应地重新排列，因而使流动的阻力降低。在某一剪切速率下，有一种稳定的排列，因而对应地有一个表观粘度。4.1流体的流变性与假塑性流体相比，胀塑性流体是较为少见的。剪切时颗粒被弄乱，强制形成较不紧密的排列，变成如图7.3右图的较松散的排列，因而有一些液体吸入到原来由上层颗粒占据的空隙，这种吸干效应使流动阻力增加。胀流现象与浆体中固体的浓度、颗粒形状、粒度分布及添加剂类型等因素有关。4.1流体的流变性另外有一些流体，如浓稠的烃类润滑油

4、脂、沥青、细粒中等浓度矿浆等，需要施加一定的剪切应力才可开始流动。这类流体称宾汉流体。流变方程为：表观粘度为：式中η称刚度系数，有粘度相同的因次。之所以会表现出有一定的屈服应力，是因为其中固体（或高分子聚合物）与流体往往连成一种空间结构物，如絮团。在剪切应力不够大时，结构不致破坏，有如塑性体，只变形而不流动。当剪切应力超过某个极限τy后，结构被破坏才产生流动。流动后剪切应力与剪切速率间线保持性关系的即宾汉流体。如随剪切速率增高，曲线斜率减小，则称屈服假塑性流体；曲线斜率增大，则称屈服胀塑性流体4.1流体的流变性更一般的流变方程为屈服幂定律模型上述这些特性的流体统称为纯粘性流

5、体，有的浆体还可能表现出有某些弹性，即在外力作用下变形，外力撤销后可恢复原形，这类流体称粘弹性流体。浆体的流变性十分复杂，一种浆体在低浓度时可能表现为牛顿流体或假塑性流体；浓度稍高产生絮团后，可能表现为宾汉流体；更高的浓度下又可能会出现胀塑性流体。4.1流体的流变性许多非牛顿体其流变特性受到体系中结构变化的影响。假塑性流体具有随剪切速率增大表观粘度降低的特性，如果结构的破坏与重建很慢，则表现出表观粘度与剪切应力将随剪切时间延长而减小，这种流体称触变体。对于胀塑性流体，如果结构的破坏与重建很慢，则表现出表现粘度与剪切应力将随剪切时间延长而增大，这种流体称流凝体。这两类流变特性

6、与时间有关的非牛顿流体的剪切回线不会重合，而是一个闭合曲线。4.1流体的流变性这两类流变特性与时间有关的非牛顿流体的剪切回线不会重合，而是一个闭合曲线。4.1流体的流变性水煤浆究竟属于那一种非牛顿流体的流变类型，目前说法不一。多数人为了使问题简化，往往把它当成宾汉流体来处理。实际上，煤种不同、制浆工艺与粒度分布不同、添加剂类型与用量不同、甚至在不同的剪切速率区间，部可导致水煤浆表现出具有不同的流变待性。高浓度水煤浆有明显的结构比，所以多半会表现出有一定程度的屈服应力，也可能具有某些粘弹性。所以，水煤浆按纯粘性流体来处理比较合适。4.1流体的流变性4.2水煤浆流变特性的测试方

7、法测试浆体流变特性的方法和仪器有多种，在水煤浆流变特性测试中，同轴圆筒旋转流变仪应用最广。1.同轴圆筒旋转流变仪同轴圆筒旋转流变仪的测试系统由两个同轴圆筒组成，外圆筒为顶部启开的空心筒体，内圆筒为封闭的筒体，并同心地置于外圆筒内中央。测试时一个圆筒固定，另一个旋转。改变筒体的旋转速度，就可改变作用在流体上的剪切速率。通过测试流体在不同剪切速率下的剪切应力，就可以得到该流体的流变特性。流变仪的关键在于如何取得相应的剪切应力τ与剪切速率dv／dy。最容易求得的剪切应力是转子表面处的剪切应力，因为转子的扭矩M可以用传感器