污泥流變特性、壁面滑移及流動(dòng)阻力特性研究.pdf

1、污泥長(zhǎng)距離管道輸送具有污染少，能耗低，效率高和安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，但是污泥作為高濃度黏稠物料，其長(zhǎng)距離管道輸送有許多技術(shù)還很滯后，許多方面還需深入研究。高濃度黏稠物料的流變特性是管道輸送工藝設(shè)計(jì)和運(yùn)行不可缺少的基本參數(shù)，本文基于此，利用流變儀和小型污泥管道試驗(yàn)裝置開展了有關(guān)污泥流變特性、壁面滑移、直管內(nèi)流動(dòng)阻力特性等方面的研究。
　　用旋轉(zhuǎn)流變儀對(duì)污泥流變特性進(jìn)行研究，通過改變溫度和含水率并采用Carreau-Bird模型對(duì)污泥流變數(shù)

2、據(jù)進(jìn)行擬合處理。污泥在不同含水率下隨著剪切速率的增加，流變由屈服假塑性流體向賓漢流體轉(zhuǎn)化，污泥黏度逐漸變小，表現(xiàn)出剪切變稀現(xiàn)象。表觀黏度與污泥的輸送密切相關(guān)，含水率大于81.3％時(shí)，表觀黏度較低，適于遠(yuǎn)距離泵送。Carreau-Bird模型對(duì)污泥流變曲線擬合處理的較好，零剪切黏度隨溫度變化非常大，無窮大剪切黏度隨含水率變化比較小，時(shí)間常數(shù)隨含水率的降低而變小。
　　用旋轉(zhuǎn)流變儀研究了污泥的壁面滑移，根據(jù)剪切應(yīng)力/應(yīng)變曲線的間距依賴

3、性，研究了影響壁面滑移的可能因素。穩(wěn)態(tài)剪切表明，濃度和溫度是污泥產(chǎn)生滑移的重要因素。動(dòng)態(tài)剪切試驗(yàn)中，分析了應(yīng)力總波形，隨后進(jìn)行不同角頻率、溫度在三種間距下的應(yīng)變掃描，可以看到不同角頻率下剪切應(yīng)力曲線在線性和非線性區(qū)剛開始時(shí)幾乎重合在一起，隨著剪切應(yīng)力增大，在非線性區(qū)出現(xiàn)了分叉，分叉點(diǎn)處應(yīng)變和相應(yīng)的剪切應(yīng)力是不恒定的，這表明壁面滑移與角頻率、應(yīng)變等因素有關(guān)。在對(duì)污泥動(dòng)態(tài)剪切曲線分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)在一定時(shí)間內(nèi)滑移現(xiàn)象發(fā)生了，剪切速率掃描曲線隨著速

4、率的增大，表現(xiàn)出一定的黏彈性，同時(shí)在角頻率為低、中、高頻三種情況下對(duì)應(yīng)變進(jìn)行掃描，發(fā)現(xiàn)存在一個(gè)無量綱參數(shù)τ′/|G*|，即彈性應(yīng)力與線性區(qū)復(fù)數(shù)模量的比值，該參數(shù)隨著角頻率的增大而緩慢下降，這表明時(shí)間對(duì)污泥壁面滑移有一定的影響，其中彈性應(yīng)力起了主要作用。
　　不同的材質(zhì)夾具對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響是不同的，材質(zhì)不同，滑移速度不同。壁面滑移隨著表面吸附的增強(qiáng)而減弱，一般滑移程度可以用滑移長(zhǎng)度和滑移速度來衡量，試驗(yàn)表明，滑移速度是不銹鋼>黃銅>鋁

5、。在毛細(xì)管流變儀試驗(yàn)中，含水率81.3%的脫水污泥在室溫25℃情況下同HDPE型的熔體表現(xiàn)出了近似的規(guī)律，也會(huì)存在粘著區(qū)、振蕩區(qū)、滑動(dòng)區(qū)和擾亂區(qū)，這與污泥的黏性及成分有極大關(guān)系。采用毛細(xì)管流變儀并應(yīng)用經(jīng)典的Mooney法對(duì)污泥壁面滑移速度進(jìn)行了測(cè)量，發(fā)現(xiàn)污泥在溫度25℃、30℃和35℃發(fā)生壁面滑移時(shí)其滑移速度值都比較小，并且隨著溫度升高，污泥漸趨稀化，滑移速度也有所提高。剪切應(yīng)力的增加也對(duì)滑移有很大影響，在一定剪切速率下，污泥在去除壁面

6、滑移影響后的剪切應(yīng)力要大于實(shí)際試驗(yàn)所測(cè)的剪切應(yīng)力。
　　在小型污泥直管中，污泥管內(nèi)流動(dòng)受到流量、含水率、管徑和停滯時(shí)間等因素的影響。相同流量下，管徑越大，管道輸送壓力損失就越小，隨著流量的增大，管道輸送壓力損失越大。流量對(duì)管道輸送壓力損失的影響隨著含水率的的增大隨之減小，管徑越大，管道輸送壓力損失就越小。污泥在停滯一段時(shí)間后，黏性增加，停滯時(shí)間越長(zhǎng)，重新啟動(dòng)壓力就越大，但當(dāng)壓力達(dá)到一定峰值后阻力會(huì)逐漸趨于穩(wěn)定。
　　基于均質(zhì)

7、非牛頓流體模型對(duì)污泥在直管內(nèi)流動(dòng)阻力進(jìn)行了數(shù)值模擬，獲得了污泥直管內(nèi)流動(dòng)規(guī)律。模擬計(jì)算中考慮了有無滑移兩種情況下的不同流速、不同含水率、不同管徑對(duì)阻力的影響，并對(duì)管內(nèi)流動(dòng)進(jìn)行了速度場(chǎng)分析。污泥的流速對(duì)污泥的阻力損失影響變化非常大，當(dāng)流速一定時(shí)，管內(nèi)壓力沿管路沿線分布呈逐漸遞減的變化趨勢(shì)，而且近似呈線性變化規(guī)律。污泥含水率對(duì)污泥阻力影響也很大，含水率越高，管內(nèi)沿程阻力就越小。管徑是污泥在管道輸送過程中的關(guān)鍵參數(shù)，其對(duì)摩擦阻力損失有著重要的