浓密膏体高压管道输送滑移特性研究

Dense pastes such as slime, sludge, carbide slag etc. polluted the environment seriously because of being neglected or not being dealt with effectively. The pipeline transportation can solve both the environmental pollution problem and the utilization of dense pastes as resource. In the long-distance pipeline transportation of dense pastes, the wall slip phenomenon has pros and cons. It is also the basis of the research on rheological and resistance characteristics. This project takes slime as an example and will do future research on four aspects: (1) The discrimination method, influence factors and conditions of the wall slip occurring during the transportation of dense pastes (2) Accurate solution method for slip characteristic; the constitutive equation for slip velocity model and the rheological will be obtained (3) The influence of wall slip to transport properties, and the method of using slip characteristics to reduce resistance will be found (4) The calculation method of resistance under the influence of the slip, and the calculation model of resistance in horizontal straight and bend pipe which can forecast industrial pipeline resistance will be built. The slip characteristic researched in this project can enrich solid pipeline transportation theory and supply theoretical basis for realization of long-distance pipeline transportation with lower resistance. The calculation model of resistance can play the role as an important theoretical guidance for the industrial design.

煤泥、污泥、电石渣等浓密膏体由于长期被忽视或未有效治理，造成严重的环境污染。管道输送有效地解决了浓密膏体资源化利用的输送瓶颈。输送过程中存在的滑移现象对浓密膏体的远距离输送有利有弊，滑移特性是研究浓密膏体流变特性和阻力特性的前提，迫切需要对滑移特性进行深入研究。本项目以煤泥为例，主要研究：（1）浓密膏体管道输送滑移现象的判别方法、影响因素和发生条件；（2）滑移特性的准确求解方法，拟得出滑移速度模型和真实流变本构方程；（3）滑移现象对管道输送特性的影响，寻求最大程度利用滑移特性降低输送阻力的方法；（4）考虑滑移影响下的阻力计算方法，拟建立能够预测工程大型管道输送阻力的水平直管和弯管的阻力计算模型。本项目研究的滑移特性丰富固体管道输送理论，对实现浓密膏体的远距离低阻力管道输送提供理论依据，拟建立的阻力计算模型对工业现场设备选型具有理论指导意义。

煤泥、污泥、电石渣等浓密膏体如果处理不当，会造成严重的环境污染。管道输送有效地解决了浓密膏体资源化利用的输送瓶颈。浓密膏体在高压管道输送过程中以“柱塞流”的形式运动，管壁处形成极薄的边界层，使得物料在管道中流动时存在一定程度的“滑移”现象。滑移现象对浓密膏体的远距离输送有利有弊，本项目以研究管道输送滑移特性为目标，以试验测试为主要研究手段，以煤泥为例，研究了壁面滑移产生的机理和管道输送壁面滑移现象的宏观判定依据，研究了管道特征及边界层性质改变对管道输送减阻率的影响，研究了壁面滑移存在的情况下摩阻损失的主要影响因素，建立了壁面滑移条件下的直管段摩阻损失计算模型，以及弯管和垂直管摩阻损失的计算方法。通过对管道输送试验数据的总结分析，得出以下结论：通过相同物料在不同管径下的流变曲线是否重合，或者管流法测量的屈服应力是否小于叶片法测量的屈服应力来判断滑移的发生；减阻率随着边界层厚度的增大而增大，管径越小，边界层减阻效果越明显，输送速度增大，边界层的减阻率明显降低；设计正交试验，通过方差分析得出对输送阻力的影响程度大小依次为：边界层厚度δ>膏体浓度c_v>管道直径d>流速v，说明边界层厚度对输送阻力的影响最大，为管道边界层的应用提供了直观的依据。以上实验结果为有效利用壁面滑移，在工程管道设计过程中降低管道输送阻力、延长管道输送距离提供理论依据。本项目的研究丰富了固体管道输送理论，对工程实践具有理论指导意义。