水煤浆技术 第四章10

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1、学时：学时：32 32 学分：学分：2 2第四章第四章 水煤浆的流变特性水煤浆的流变特性水水煤煤浆浆是是由由固固体体煤煤粒粒、水水及及少少量量添添加加剂剂构构成成的的一一种种混混合合物物，虽虽然然也也是是一一种种流流体体，但但它它不不完完全全是是真真正正意意义义上上的的流流体体，在在贮贮存存和和流流动动性性等等方方面面有有许许多多差差异异，从从而而导导致致它它在加工和利用过程中存在一些自身特点。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 流流体体的的流流变变性性是是指指受受外外力力作作用用发发生生流流动动与与变变形形的的特特性性。当当相相邻邻层层间间发发生生相相对对运

2、运动动时时，流流体体质质点点间间的的内内摩摩擦擦力力会会引引起起“剪剪切切应应力力”，内内摩摩擦擦力力与与层层间间相相对对速度或流动平面法向的速度梯度速度或流动平面法向的速度梯度dv/dy有关。这个速度梯度称为有关。这个速度梯度称为剪切速率剪切速率。 在在给给定定温温度度、压压力力条条件件下下，剪剪切切应应力力与与剪剪切切速速率率间间保保持持恒恒定定的的比比直直，且且不不随随剪切时间的长短而变。这个比值称粘度，以剪切时间的长短而变。这个比值称粘度，以表示。即表示。即流流变变特特性性符符合合这这个个定定律律的的流流体体，称称牛牛顿顿流流体体。也也有有许许多多不不服服从从这这个个定定律律的的流流体

3、体，通称为非牛顿流体。通称为非牛顿流体。牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律图图中中虚虚线线为为通通过过原原点点的的直直线线。斜斜率率即即粘粘度度。粘粘度度不不随随剪剪切切速速率率而而变变，所以它是牛顿流体的流变图。所以它是牛顿流体的流变图。2称称为为假假塑塑性性流流体体，3称称为为胀胀塑塑性性流流体体。 这这两两种种流流体体，在在不不同同的的剪剪切切速速率率下下，有有不不同同的的斜斜率率，不不能能用用一一个个指指标标来来表表示示内内摩摩擦擦力力大大小小，而而通通常常用用表表观观粘粘度度表表示示，它它随随剪剪切切速速率而变。率而变。假假塑塑性性流流体体随随剪剪切切速速率率增增高高，曲曲线线斜斜率率减减

4、小小，即即变变小小。胀胀塑性流体随剪切速率增高，曲线斜率增大，即塑性流体随剪切速率增高，曲线斜率增大，即增大。增大。4.1 流体的流变性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：假塑性和胀塑性的流变特性可用下列通式来表示：式中式中K称稠度，其值越大，表明粘度越高。称稠度，其值越大，表明粘度越高。n是流动特性指数，是偏离牛顿体程度的参数。是流动特性指数，是偏离牛顿体程度的参数。n1属牛顿流体；属牛顿流体；n1属假塑性流体；属假塑性流体；n1属胀塑性流体。属胀塑性流体。 4.1 流体的流变性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。流动后相应地高分子聚合物溶液及一些

5、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。的排列，因而对应地有一个表观粘度。 4.1 流体的流变性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。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，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

6、动阻力增加。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。素有关。 4.1 流体的流变性流体的流变性另外有一些流体，如浓稠的烃类润滑油脂、沥青、细粒中等浓另外有一些流体，如浓稠的烃类润滑油脂、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。汉流体。 流变方程为：流变方程为： 表观粘度为：表观粘度为： 式中式中称刚度系数，有粘度相同的因次。称刚度系数，有粘度相同的因次。 之所以会表现出有一定

7、的屈服应力，是因为其中固体（或高分子聚合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，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限y后，结构被破坏才产生流动。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，则称速率增高，

8、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屈服胀塑性流体 4.1 流体的流变性流体的流变性更一般的流变方程为屈服幂定律模型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体，有的浆体还可能表现出有上述这些特性的流体统称为纯粘性流体，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。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

9、现为宾汉流体；更体或假塑性流体；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。高的浓度下又可能会出现胀塑性流体。 4.1 流体的流变性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。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。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，

10、则表现出表现粘度对于胀塑性流体，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。与剪切应力将随剪切时间延长而增大，这种流体称流凝体。这两类流变特性与时间有关的非牛顿流体的剪切回线不会重合，而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。是一个闭合曲线。 4.1 流体的流变性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，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。而是一个闭合曲线。4.1 流体的流变性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。水煤

11、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。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。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，所

12、以，水煤浆按纯粘性流体来处理比较合适水煤浆按纯粘性流体来处理比较合适。 4.1 流体的流变性流体的流变性4.2 水煤浆流变特性的测试方法水煤浆流变特性的测试方法 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，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。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 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部启开的空心筒体，内圆筒为封闭的筒体，并

13、同心地置于外圆筒内中央。央。 测试时一个圆筒固定，测试时一个圆筒固定，另一个旋转。改变筒体另一个旋转。改变筒体的旋转速度，就可改变的旋转速度，就可改变作用在流体上的剪切速作用在流体上的剪切速率。通过测试流体在不率。通过测试流体在不同剪切速率下的剪切应同剪切速率下的剪切应力，就可以得到该流体力，就可以得到该流体的流变特性。的流变特性。 流变仪的关键在于如何取得相应的剪切应力流变仪的关键在于如何取得相应的剪切应力与剪切速率与剪切速率dvdy。 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可以用传感器检测出来，根据转子圆筒表面

14、的半径可以用传感器检测出来，根据转子圆筒表面的半径r1、筒体的高度、筒体的高度h及测得的扭矩及测得的扭矩M，则转子表面的剪切应力：，则转子表面的剪切应力：对应地应求出转子圆筒表面处的剪切速率对应地应求出转子圆筒表面处的剪切速率Sr2。剪切速率是速度。剪切速率是速度梯度，它与流体的流变特性有关。先按牛顿流体进行讨论。梯度，它与流体的流变特性有关。先按牛顿流体进行讨论。 4.2 水煤浆流变特性的测试方法水煤浆流变特性的测试方法 首先研究两圆筒间流体速度场的分布。首先研究两圆筒间流体速度场的分布。对于在两圆筒间流体的旋转流动，采用垂直圆柱坐标系对于在两圆筒间流体的旋转流动，采用垂直圆柱坐标系(r,z

15、)比较方便。比较方便。在垂直圆柱坐标系中空间的一点在垂直圆柱坐标系中空间的一点P(r,z)，与直角坐标系，与直角坐标系P(x,y,z)间间的关系为的关系为 4.2 水煤浆流变特性的测试方法水煤浆流变特性的测试方法 对于不可压缩的对于不可压缩的粘性牛顿流体粘性牛顿流体，流动的基本微分方程包括连续性方程，流动的基本微分方程包括连续性方程与三个坐标方向的与三个坐标方向的Navier-stokes运动方程，它们分别为运动方程，它们分别为 4.2 水煤浆流变特性的测试方法水煤浆流变特性的测试方法 两圆筒间的流体只有旋转运动，在垂直方向及径向都没有运动。由于两圆筒间的流体只有旋转运动，在垂直方向及径向都没

16、有运动。由于流动边界为对旋转轴对称，故流场亦为对轴对称。测试时是在两圆筒速度流动边界为对旋转轴对称，故流场亦为对轴对称。测试时是在两圆筒速度稳定的条件下进行的，所以稳定的条件下进行的，所以两圆筒间流体的运动属稳定流两圆筒间流体的运动属稳定流。考虑到以上这。考虑到以上这些特点后可以认为只有些特点后可以认为只有(7.9)式有意义，而且其中的式有意义，而且其中的vr ,vz,gz，对，对z，r以以及及的导数均为零。的导数均为零。故故(7.9)式可改写如下：式可改写如下： 展开后，因为展开后，因为所以所以4.2 水煤浆流变特性的测试方法水煤浆流变特性的测试方法 对上式作变换，令对上式作变换，令所以所以

17、代入代入712式有式有因此因此4.2 水煤浆流变特性的测试方法水煤浆流变特性的测试方法 当外圆筒固定，只内圆筒旋转时，有当外圆筒固定，只内圆筒旋转时，有将积分常数代入将积分常数代入(710)式，只有内筒旋转：式，只有内筒旋转： 以上的速度分布公式是按以上的速度分布公式是按Navierstokes运动方程推出的，因而只是运动方程推出的，因而只是对牛顿流体才会是正确的，这点必须引起注意。对牛顿流体才会是正确的，这点必须引起注意。 4.2 水煤浆流变特性的测试方法水煤浆流变特性的测试方法 其中其中dv/dy为剪切速率。它实际上是由应力与应变关系导出来的，因为剪切速率。它实际上是由应力与应变关系导出来

18、的，因为流体作直线运动时，流体遭受的应变为为流体作直线运动时，流体遭受的应变为d。按应力与应变成正比。按应力与应变成正比有下列关系有下列关系 粘性流体运动的内摩擦力与相邻层间的剪切速率有关，当流体作粘性流体运动的内摩擦力与相邻层间的剪切速率有关，当流体作直线运动时，牛顿内摩擦公式为直线运动时，牛顿内摩擦公式为 所以所以因为因为4.2 水煤浆流变特性的测试方法水煤浆流变特性的测试方法 当流体作圆运动时。设在流场空间中任一半径处有两个参考点当流体作圆运动时。设在流场空间中任一半径处有两个参考点A和和B。设该两点的角速度分别为设该两点的角速度分别为A及及B。苦两点运动的角速度相同，则旋转。苦两点运动

19、的角速度相同，则旋转时流体不会产生变形，也就是说不受应切作用。当两点具有不同的旋转速时流体不会产生变形，也就是说不受应切作用。当两点具有不同的旋转速度时，例如度时，例如BA，则在，则在dt时间内苦时间内苦A点移动到了点移动到了A点位置，点位置，B点将移动点将移动到了到了B”位置，而不是在不发生变形时的位置，而不是在不发生变形时的B位置。因而流动产生的变形位置。因而流动产生的变形d为为 V/r4.2 水煤浆流变特性的测试方法水煤浆流变特性的测试方法 故在旋转剪切流场中牛顿内摩擦公式为故在旋转剪切流场中牛顿内摩擦公式为 只内圆筒旋转，内圆筒表面处只内圆筒旋转，内圆筒表面处按照牛顿内摩擦定律，流体的

20、粘度按照牛顿内摩擦定律，流体的粘度为流体的剪切应力为流体的剪切应力与剪切与剪切速率速率S的比值，即的比值，即 式中：式中：h为测试圆筒表面的高度为测试圆筒表面的高度, r为表面处的半径，为表面处的半径，M为自该圆筒测试所为自该圆筒测试所得扭矩，得扭矩，S为该圆筒表面处的剪切速率。为该圆筒表面处的剪切速率。 两圆筒均旋转，任一半径处两圆筒均旋转，任一半径处 4.2 水煤浆流变特性的测试方法水煤浆流变特性的测试方法 对于常用的只内圆筒旋转的粘度计，不难求出对应的粘度值。对于常用的只内圆筒旋转的粘度计，不难求出对应的粘度值。 有的仪器的扭矩是按钮矩弹簧的偏转角有的仪器的扭矩是按钮矩弹簧的偏转角换算，

21、其中换算，其中Z称弹簧系数。称弹簧系数。对于给定结构的粘度计，上式中的对于给定结构的粘度计，上式中的K为固定值，称仪器常数。为固定值，称仪器常数。4.2 水煤浆流变特性的测试方法水煤浆流变特性的测试方法 2. 圆筒旋转流变仪测试非牛顿流体的解法圆筒旋转流变仪测试非牛顿流体的解法 水煤浆是一种非牛顿流体，而人们又常常用流变测试水煤浆的流变特性，水煤浆是一种非牛顿流体，而人们又常常用流变测试水煤浆的流变特性，往往忽视流变性间的差异而直接套用厂家给出的只适用于牛顿流体的算法，往往忽视流变性间的差异而直接套用厂家给出的只适用于牛顿流体的算法，从而导致结果不准确。从而导致结果不准确。 下面主要介绍这两种

22、非牛顿流体的解法。下面主要介绍这两种非牛顿流体的解法。 按照两圆筒间流体运动的按照两圆筒间流体运动的总角动量总角动量应保持不变的原理，作用于内、应保持不变的原理，作用于内、外圆简上的扭矩外圆简上的扭矩M1及及M 2大小相等、方向相反，故由于大小相等、方向相反，故由于 所以4.2 水煤浆流变特性的测试方法水煤浆流变特性的测试方法 对非牛顿流体，其剪切速率为对非牛顿流体，其剪切速率为 并可改写为并可改写为 (V=r)不同流变特性的流体的剪切应力与剪切速率间的函数关系亦不同，不同流变特性的流体的剪切应力与剪切速率间的函数关系亦不同，故不失一般可表达为故不失一般可表达为 由于由于因而因而应变应变式式7

23、.16a4.2 水煤浆流变特性的测试方法水煤浆流变特性的测试方法 只要知道流体的剪切应力与剪切速率间的函数关系只要知道流体的剪切应力与剪切速率间的函数关系S=f()，上式即可，上式即可求解。下面按两种典型的非牛顿流体分别讨论。求解。下面按两种典型的非牛顿流体分别讨论。 1）幂定律流体）幂定律流体这类非牛顿流体剪切速率与剪切应力间有下列关系这类非牛顿流体剪切速率与剪切应力间有下列关系 代入代入(719)式并积分，有式并积分，有 所以所以4.2 水煤浆流变特性的测试方法水煤浆流变特性的测试方法 对于常见的只内圆筒旋转的流变仪，上式可改写为对于常见的只内圆筒旋转的流变仪，上式可改写为 2）宾汉流体）

24、宾汉流体这类非牛顿流体剪切速率与剪切应力间有下列关系这类非牛顿流体剪切速率与剪切应力间有下列关系 宾汉流体由于存在有屈服应力宾汉流体由于存在有屈服应力y，对于只内圆筒旋转的同轴圆筒流变，对于只内圆筒旋转的同轴圆筒流变仪，随着半径的加大，流体所受的剪切应力逐渐减小；若在某个半径处仪，随着半径的加大，流体所受的剪切应力逐渐减小；若在某个半径处的剪切应力降至与的剪切应力降至与y相同后，则在此半径以外部分流体将不产生旋转流相同后，则在此半径以外部分流体将不产生旋转流动，只有当最外层流体所受的剪切应力动，只有当最外层流体所受的剪切应力2大于大于y，两圆筒间的全部流体，两圆筒间的全部流体才都会运动。才都会

25、运动。 4.2 水煤浆流变特性的测试方法水煤浆流变特性的测试方法 将上式代入将上式代入(719)式得式得积分上式可得分上式可得当只内当只内圆筒旋筒旋转时，式中，式中20，则有有 4.2 水煤浆流变特性的测试方法水煤浆流变特性的测试方法 所以所以上式是上式是与与1间的直的直线方程，在方程，在给定定测试系系统下小，下小，r1与与r2为已知，所以已知，所以由斜率可求得由斜率可求得，由截距可求得，由截距可求得v。3）KriegerMaron修正切速率的方法修正切速率的方法 流变仪用于测试非牛顿流体时与测试牛顿流体时的流变仪用于测试非牛顿流体时与测试牛顿流体时的差异在于流体运差异在于流体运动速度分布不同

26、动速度分布不同，因而剪切速率的计算方法也应该有所不同。所以，因而剪切速率的计算方法也应该有所不同。所以，只要有适当的剪切速率的修正方法，它就可用于测试非牛顿流体只要有适当的剪切速率的修正方法，它就可用于测试非牛顿流体。 1954年年KrieBer与与Maron两人提出了一种测试非牛顿流体时剪切速率两人提出了一种测试非牛顿流体时剪切速率的修正方法，以下简称的修正方法，以下简称KM方法。方法。 4.2 水煤浆流变特性的测试方法水煤浆流变特性的测试方法 KM方法是先按牛顿流体计算剪切速率，并记为方法是先按牛顿流体计算剪切速率，并记为Sn 将按牛顿流体求出的剪切速率将按牛顿流体求出的剪切速率Sn乘以一

27、个修正系数乘以一个修正系数FKM即为非牛顿流体即为非牛顿流体的剪切速率。的剪切速率。 式中：式中：b为外圆筒与内圆筒的半径比；为外圆筒与内圆筒的半径比；M1为作用在内圆筒上的转矩；为作用在内圆筒上的转矩；n2为外为外圆筒转速。圆筒转速。4.2 水煤浆流变特性的测试方法水煤浆流变特性的测试方法 n”为：为：修正了剪切速率后，即可选择适当的流变方程拟合出流变参数。修正了剪切速率后，即可选择适当的流变方程拟合出流变参数。n值值是是M1与与n2的对数曲线上的斜率。的对数曲线上的斜率。 对于对于KM方法在求出方法在求出n“值后，不管流体属于那一种流变类型，都采用值后，不管流体属于那一种流变类型，都采用(

28、721)式计算剪切速率的修正系数有一定局限性。式计算剪切速率的修正系数有一定局限性。 4.2 水煤浆流变特性的测试方法水煤浆流变特性的测试方法 4）修正剪切速率的方法）修正剪切速率的方法 对于水煤浆这类非牛顿流体，张荣曾教授提出了另一种修正剪切速率的方对于水煤浆这类非牛顿流体，张荣曾教授提出了另一种修正剪切速率的方法。它把水煤浆看成是一种纯粘性非牛顿流体，其屈服幂定律模型作为流变法。它把水煤浆看成是一种纯粘性非牛顿流体，其屈服幂定律模型作为流变方程，即式方程，即式(75) 。 对幂定律流体，在只内圆筒旋转的流变仪对幂定律流体，在只内圆筒旋转的流变仪上，上， 按牛顿流体计算内圆筒表面处剪切速率的

29、公式为按牛顿流体计算内圆筒表面处剪切速率的公式为 稠度稠度4.2 水煤浆流变特性的测试方法水煤浆流变特性的测试方法 代入（代入（7.20,有有 要使上式符合幂定律流体，剪切速率应按下式修正要使上式符合幂定律流体，剪切速率应按下式修正(修正后符合幂修正后符合幂定律流体的剪切速率记为定律流体的剪切速率记为S ）对于宾汉流体，在只有内圆筒旋转的流变仪上，对于宾汉流体，在只有内圆筒旋转的流变仪上， 4.2 水煤浆流变特性的测试方法水煤浆流变特性的测试方法 将按牛顿流体计算的剪切速率代入，将按牛顿流体计算的剪切速率代入，有有 对照宾汉流体的剪切速率与剪切应力之间应有的关系可以看出，要对照宾汉流体的剪切速

30、率与剪切应力之间应有的关系可以看出，要使上式使上式符合宾汉流体，剪切速率应按下式修正符合宾汉流体，剪切速率应按下式修正(修正后符合宾汉流体修正后符合宾汉流体的剪切速率记为的剪切速率记为S)： 4.2 水煤浆流变特性的测试方法水煤浆流变特性的测试方法 由上可知，对不同流变类型的流体应有不同的修正方法。由上可知，对不同流变类型的流体应有不同的修正方法。 如果水煤浆确属幂定律流体，使用上述修正方法是可行的。如果水煤浆确属幂定律流体，使用上述修正方法是可行的。 但是，水煤浆多半是存在有屈服应力的，所以在保持原有拟合结果，但是，水煤浆多半是存在有屈服应力的，所以在保持原有拟合结果，即修正后的剪切速率及其

31、中的模型参数即修正后的剪切速率及其中的模型参数K的基础上，用双因素优选方法再的基础上，用双因素优选方法再优选优选n及屈服应力及屈服应力y。经过这样处理后，拟合的精度将会比前次更好。经过这样处理后，拟合的精度将会比前次更好。 对高浓度水煤浆的测试的结果分别列于表对高浓度水煤浆的测试的结果分别列于表7.3、图、图7.12及及7.13中。中。数据表明，对水煤浆如果不对剪切速率修正，不同测试系统的结果也不数据表明，对水煤浆如果不对剪切速率修正，不同测试系统的结果也不同；修正后两个系统测试结果很一致。同；修正后两个系统测试结果很一致。 这说明，测试水煤浆时用这种方法对剪切速率作修正是正确而且必要的。这说

32、明，测试水煤浆时用这种方法对剪切速率作修正是正确而且必要的。 4.2 水煤浆流变特性的测试方法水煤浆流变特性的测试方法 4.2 水煤浆流变特性的测试方法水煤浆流变特性的测试方法 4.2 水煤浆流变特性的测试方法水煤浆流变特性的测试方法 4.2 水煤浆流变特性的测试方法水煤浆流变特性的测试方法 5）HAAKE的代表半径算法的代表半径算法 HAAKE公司提出了一种采用所谓公司提出了一种采用所谓“代表半径代表半径Rrep”处的剪切速率处的剪切速率与剪切应力处理非牛顿流体流变数据的方法。与剪切应力处理非牛顿流体流变数据的方法。他们发现，虽然牛顿流体与各类非牛顿流体在两圆筒空间中剪切速他们发现，虽然牛顿

33、流体与各类非牛顿流体在两圆筒空间中剪切速率的分布不同，但是率的分布不同，但是它们却在这个代表半径处与牛顿流体的剪切速率它们却在这个代表半径处与牛顿流体的剪切速率分布曲线相交分布曲线相交。而对不同类型的非牛顿流体，交点与这个代表半径。而对不同类型的非牛顿流体，交点与这个代表半径Rrep相差仅相差仅4。对服从幂定律的非牛顿流体，对服从幂定律的非牛顿流体，n值在值在0.31.5范围内更精确。因此，范围内更精确。因此，如果按代表半径处来计算剪切速率与剪切应力，其结果无论是对牛顿如果按代表半径处来计算剪切速率与剪切应力，其结果无论是对牛顿流体或不同类型的非牛顿流体均适用。流体或不同类型的非牛顿流体均适用

34、。计算方法如下：计算方法如下： 代表半径代表半径代表半径处的剪切速率代表半径处的剪切速率4.2 水煤浆流变特性的测试方法水煤浆流变特性的测试方法 代表半径处的剪切应力代表半径处的剪切应力不难看出，在这里他们实际上取内、外两圆筒上剪切应力不难看出，在这里他们实际上取内、外两圆筒上剪切应力1与与2的平的平均值作为代表值，均值作为代表值，(7.23)式中剪切速率的代表值也是内、外两圆筒上对牛式中剪切速率的代表值也是内、外两圆筒上对牛顿流体的剪切速率顿流体的剪切速率S1与与S2的平均值。因为由的平均值。因为由(7.17)式可以得出只内圆式可以得出只内圆筒旋转时任一半径筒旋转时任一半径r处对牛顿流体的剪

35、切速率计算公式。即处对牛顿流体的剪切速率计算公式。即 所以内、外圆筒上牛顿流体剪切速率的平均所以内、外圆筒上牛顿流体剪切速率的平均Sm值恰为值恰为Srep即即 4.2 水煤浆流变特性的测试方法水煤浆流变特性的测试方法 所以所以张文军博士对用圆筒旋转流变仪测试非牛顿流体时代表半径算法进张文军博士对用圆筒旋转流变仪测试非牛顿流体时代表半径算法进行了研究。结果发现，行了研究。结果发现，采用这种代表半径的方法，对幂定律流体是有采用这种代表半径的方法，对幂定律流体是有效的，但是代表半径处的剪切速率与剪切应力应为另效的，但是代表半径处的剪切速率与剪切应力应为另种算法。种算法。 对于幂定律流体，在计算的对于

36、幂定律流体，在计算的n值范围内两种方法的差异是很小的。值范围内两种方法的差异是很小的。 4.2 水煤浆流变特性的测试方法水煤浆流变特性的测试方法 6）水煤浆屈服应力的测试方法）水煤浆屈服应力的测试方法 非牛顿流体的屈服应力是流体抵抗剪切作用使流体不发生流动非牛顿流体的屈服应力是流体抵抗剪切作用使流体不发生流动所具有的内应力。目前，没有专用的测试仪器，主要是根据流变仪所具有的内应力。目前，没有专用的测试仪器，主要是根据流变仪测得的数据，按宾汉流变模型拟合求得。可将它区分为测得的数据，按宾汉流变模型拟合求得。可将它区分为“静屈服应静屈服应力力”与与“动屈服应力动屈服应力”。 所谓静屈服应力是按测试

37、中剪切速率最低的几个点拟合得到的屈所谓静屈服应力是按测试中剪切速率最低的几个点拟合得到的屈服应力。服应力。所谓动屈服应力是按测试中剪切速率最高的几个点拟合得到的屈所谓动屈服应力是按测试中剪切速率最高的几个点拟合得到的屈服应力。服应力。对于真正属于宾汉流体，无论是按剪切速率低端或高端的数据进对于真正属于宾汉流体，无论是按剪切速率低端或高端的数据进行拟合，其结果应该是相同的。如果不完全属于宾汉流体，这样求行拟合，其结果应该是相同的。如果不完全属于宾汉流体，这样求得的屈服应力就是一种假象。得的屈服应力就是一种假象。 水煤浆屈服应力可利用圆盘粘度计（美国水煤浆屈服应力可利用圆盘粘度计（美国Brookf

38、ield公司公司RV粘度粘度计，国内的计，国内的NDJ1型粘度计型粘度计 ）进行测定。）进行测定。 4.2 水煤浆流变特性的测试方法水煤浆流变特性的测试方法 圆盘粘度计有一组尺寸不同的转子圆盘粘度计有一组尺寸不同的转子。转子。转子中心垂轴上有一个圆盘，测试时将转子插入中心垂轴上有一个圆盘，测试时将转子插入盛有水煤浆样品的烧杯正中央。转子的转速盛有水煤浆样品的烧杯正中央。转子的转速有有8档可调。转子旋转时承受的转矩，可通过档可调。转子旋转时承受的转矩，可通过指针的偏转角的分度计算。指针的偏转角的分度计算。测测试试方方法法是是将将速速度度置置于于最最低低档档(0.5次次分分)，选选择择适适当当大大

39、小小的的转转子子，启启动动驱驱动动电电机机，当当指指针针偏偏转转角角达达高高峰峰时时关关闭闭电电机机，使使转转子子慢慢慢慢自自然然停停止止转转动动。由由于于水水煤煤浆浆存存在在屈屈服服应应力力，指指针针不不会会回回零零，记记下下转转子子停停止止时时的的偏偏转转角角，按按(7.30)式式可可算算出出此此时时转转子子承承受受的的扭扭矩矩。所所谓谓选选择择适适当当大大小小转转子，是指使指针不回零的偏转角在满度的子，是指使指针不回零的偏转角在满度的3070范围内。范围内。若指针偏转度数为若指针偏转度数为，则扭矩，则扭矩T为为 4.2 水煤浆流变特性的测试方法水煤浆流变特性的测试方法 作用在转子上的扭矩

40、来自三部分，即作用在圆盘上、下表面的屈作用在转子上的扭矩来自三部分，即作用在圆盘上、下表面的屈服应力产生的扭矩服应力产生的扭矩T1，中心轴与水煤浆接触那部分表面屈服应力产中心轴与水煤浆接触那部分表面屈服应力产生的扭矩生的扭矩T2及转子圆盘周边屈服应力产生的扭矩及转子圆盘周边屈服应力产生的扭矩T3。它们分别为。它们分别为 圆盘上、下两面产生的扭矩相等，在圆盘任一半径圆盘上、下两面产生的扭矩相等，在圆盘任一半径r处取厚度处取厚度为为dr的圆环，此圆环上屈服应力产生的扭矩的圆环，此圆环上屈服应力产生的扭矩dT为为 取取积分限从分限从圆盘外半径至中心外半径至中心轴半径，将上式半径，将上式积分即可得园分

41、即可得园盘每面上每面上产生的扭矩，故生的扭矩，故总扭矩扭矩为上述三上述三项之和，故之和，故令式令式7.30与与7.31相等。求相等。求出样品的出样品的屈服屈服应力应力y 4.2 水煤浆流变特性的测试方法水煤浆流变特性的测试方法 4.3 水煤浆的流变性对稳定性的影响水煤浆的流变性对稳定性的影响 水煤浆的稳定性是指煤浆在贮存与输送期间保持性态均匀的特性。水煤浆的稳定性是指煤浆在贮存与输送期间保持性态均匀的特性。 水煤浆之所以难以保持性态均匀，最根本的原因是它本身就不是一种均水煤浆之所以难以保持性态均匀，最根本的原因是它本身就不是一种均质流体，而是固液两相混合物。质流体，而是固液两相混合物。稳定性的

42、破坏来源于其中固休颗粒的沉稳定性的破坏来源于其中固休颗粒的沉淀。淀。 水煤浆的稳定性除受颗粒粒度分布、密度、形状、添加剂、浓度影水煤浆的稳定性除受颗粒粒度分布、密度、形状、添加剂、浓度影响外，响外，主要取决于水煤浆的流变性主要取决于水煤浆的流变性。水煤浆的粘度越高，屈服应力。水煤浆的粘度越高，屈服应力愈大，触变性越强，稳定性会愈好。水煤浆浓度增高能使稳定性提愈大，触变性越强，稳定性会愈好。水煤浆浓度增高能使稳定性提高的特点也往往可以通过流变性反映出来。高的特点也往往可以通过流变性反映出来。 水煤浆的流变性对稳定性影响主要从水煤浆的流变性对稳定性影响主要从触变性及屈服应力触变性及屈服应力两个方面

43、两个方面进行分析考察。进行分析考察。 触变性本身只是触变性本身只是个概念，难以度量，现在多用流变图中剪切回线个概念，难以度量，现在多用流变图中剪切回线间的面积大小来定性地衡量稳定性。间的面积大小来定性地衡量稳定性。(触变效应触变效应)由于实际出现的剪切回线的多样性，有的不会闭合，有的可能在中由于实际出现的剪切回线的多样性，有的不会闭合，有的可能在中段相交，所以难以应用。段相交，所以难以应用。 4.3 水煤浆的流变性对稳定性的影响水煤浆的流变性对稳定性的影响 美国大西洋公司美国大西洋公司(ARC)与与Alfred大学的大学的Funk教授分别得出了教授分别得出了防止防止颗粒沉淀所需要的屈服应力颗粒

44、沉淀所需要的屈服应力的两个计算公式的两个计算公式 式中：式中：d为需要防止沉淀的最大颗粒的粒度为需要防止沉淀的最大颗粒的粒度;为该颗粒的密度为该颗粒的密度;为周围为周围介质的密度。介质的密度。这两个公式都有一的局限性。这两个公式都有一的局限性。 ARC在计算屈服应力对球形颗粒在计算屈服应力对球形颗粒下沉的阻力下沉的阻力时，采取了将时，采取了将y与球与球体下半部表面积相乘的简单算法。体下半部表面积相乘的简单算法。 4.3 水煤浆的流变性对稳定性的影响水煤浆的流变性对稳定性的影响 Funk则是取球体是取球体颗粒所受重力在球体水平投影面粒所受重力在球体水平投影面积上上垂直方向垂直方向)的的应力与水煤

45、力与水煤浆的屈服的屈服应力平衡求得的。即力平衡求得的。即Funk的的这种算法更不符合屈服种算法更不符合屈服应力的性力的性质。 实际上，实际上，屈服应力是作用在屈服应力是作用在球体表面的切向力球体表面的切向力F，只有，只有它的垂直分量它的垂直分量R才起到阻止才起到阻止颗粒下沉的作用颗粒下沉的作用，而且上、，而且上、下两半球表面的切应力都应下两半球表面的切应力都应计算在内，由于球面各处的计算在内，由于球面各处的切应力角度不同，切应力角度不同，应采用积应采用积分求解分求解。 4.3 水煤浆的流变性对稳定性的影响水煤浆的流变性对稳定性的影响 因为因为 所以所以 上述两个公式可用来计算屈服应力为上述两个

46、公式可用来计算屈服应力为y的水煤浆、在静置条件下为的水煤浆、在静置条件下为防止颗粒沉淀的容许的最大颗粒粒度防止颗粒沉淀的容许的最大颗粒粒度d。或者反过来，在给定的最。或者反过来，在给定的最大颗粒的粒度大颗粒的粒度d条件下屈服应力条件下屈服应力y应达到的下限值。应达到的下限值。 4.3 水煤浆的流变性对稳定性的影响水煤浆的流变性对稳定性的影响 为了考察水煤为了考察水煤浆的稳定性与屈浆的稳定性与屈服应力间的关系，服应力间的关系，对十三种屈服应对十三种屈服应力的不同水煤浆力的不同水煤浆静稳定性进行了静稳定性进行了观察。观察。 计算值计算值计算计算值值注：原煤注：原煤 的的2.7克毫升，最克毫升，最大

47、粒度为大粒度为400微微米。米。 测定值测定值从表从表7.4看出：看出：对于马家山和金庙沟两组煤浆按屈服应力评估的与实验对于马家山和金庙沟两组煤浆按屈服应力评估的与实验结果相符结果相符。对于已发生沉淀的煤峪口煤浆两者虽然也相符，但是人们可能会产生对于已发生沉淀的煤峪口煤浆两者虽然也相符，但是人们可能会产生一种疑问？一种疑问？最大密度与最大粒度的颗粒毕竟是少数，而对于密度为最大密度与最大粒度的颗粒毕竟是少数，而对于密度为1.4(克毫升克毫升)的颗粒，根据计算煤峪口的颗粒，根据计算煤峪口l号煤浆的屈服应力可以防止粒度为号煤浆的屈服应力可以防止粒度为167775微米的颗粒沉淀，那么为什么会发生如此严

48、重的沉淀呢微米的颗粒沉淀，那么为什么会发生如此严重的沉淀呢? 通过对煤峪口煤浆进行动态考察。它的屈服应力和沉淀现象随通过对煤峪口煤浆进行动态考察。它的屈服应力和沉淀现象随时间而变化，分别按密度为时间而变化，分别按密度为1.4及及2.7(克毫升克毫升)计算出能防止沉淀计算出能防止沉淀的最大粒度，结果列于表的最大粒度，结果列于表7.5。 4.3 水煤浆的流变性对稳定性的影响水煤浆的流变性对稳定性的影响 结果表明，由于这种煤浆的起始屈服应力未能阻止其中密度与粒度结果表明，由于这种煤浆的起始屈服应力未能阻止其中密度与粒度最大的颗粒沉淀，结果随着这些颗粒的沉淀屈服应力逐渐降低，沉淀最大的颗粒沉淀，结果随

49、着这些颗粒的沉淀屈服应力逐渐降低，沉淀不断加深，最终导致全部沉淀。不断加深，最终导致全部沉淀。所以，主张按煤浆中最大和密度最高的颗粒进行计算是合理的。所以，主张按煤浆中最大和密度最高的颗粒进行计算是合理的。 4.3 水煤浆的流变性对稳定性的影响水煤浆的流变性对稳定性的影响 水煤浆的静稳定性与屈服应力间存在着明显的相关性，但是水煤浆的静稳定性与屈服应力间存在着明显的相关性，但是究竟究竟需要多大的屈服应力才能维持所需要的稳定性需要多大的屈服应力才能维持所需要的稳定性，不同研究学者取得，不同研究学者取得的实验数据与经验很不一致。的实验数据与经验很不一致。 张荣曾教授研究的结果为张荣曾教授研究的结果为

50、1.4-3.5帕；帕；日本日本YNakabayashi的论文中提到屈服应力为的论文中提到屈服应力为0.75-0.8帕及帕及0.7-0.19帕，水煤浆静稳定性可以达到一个月帕，水煤浆静稳定性可以达到一个月 。J.A.williams等人研究得等人研究得24小时内硬沉淀末超过小时内硬沉淀末超过5的水煤浆，的水煤浆，其屈服应力要高达其屈服应力要高达50帕。帕。日本日本Yasuyuki等人等人 “对水煤浆的静稳定性与屈服应力的关系所对水煤浆的静稳定性与屈服应力的关系所进行的研究最为系统和细致，其结果如下图所示。进行的研究最为系统和细致，其结果如下图所示。4.3 水煤浆的流变性对稳定性的影响水煤浆的流变

51、性对稳定性的影响 总总的的趋趋势势是是屈屈服服应应力力大大，稳稳定定性性也也好好，其其中中4号号的的屈屈服服应应力力最最大大，为为3.5帕帕，静静稳稳定定期期最最长长，达达10周周。但但是是，静静稳稳定定期期为为8周周的的5组组数数据据中中，既既有有屈屈服服应应力力高高的的(15号号为为1.4帕帕)，也也有有屈屈服服应应力力只只有有0.1帕帕(1号号)者者。屈服应力为零的屈服应力为零的8号试验静稳定期还达到了号试验静稳定期还达到了2周。周。4.3 水煤浆的流变性对稳定性的影响水煤浆的流变性对稳定性的影响 差异原因：差异原因：1. 在屈服应力的测试方法与稳定性的考核方法上彼此不同；在屈服应力的测

52、试方法与稳定性的考核方法上彼此不同；2. 水煤浆的稳定性也并不唯一地取决于屈服应力水煤浆的稳定性也并不唯一地取决于屈服应力，比如当屈服应力，比如当屈服应力很小甚至为零时，虽然屈服应力无力阻止颗粒沉淀，但沉淀的速度与很小甚至为零时，虽然屈服应力无力阻止颗粒沉淀，但沉淀的速度与沉淀量却与水煤浆的粒度分布、浓度、粘度与粒度有关。沉淀量却与水煤浆的粒度分布、浓度、粘度与粒度有关。3.在一定的条件下可能只会产生少量的沉淀而被视为一种稳定的水煤在一定的条件下可能只会产生少量的沉淀而被视为一种稳定的水煤浆。反之，当初即使屈服应力较高，由于添加剂的降解或环境的变化浆。反之，当初即使屈服应力较高，由于添加剂的降

53、解或环境的变化使结构物分解屈服应力降低，稳定性也会不佳。使结构物分解屈服应力降低，稳定性也会不佳。 所以，有必要进一步研究水煤浆的稳定性与流变性的关系。所以，有必要进一步研究水煤浆的稳定性与流变性的关系。 4.3 水煤浆的流变性对稳定性的影响水煤浆的流变性对稳定性的影响 4.4 剪切对水煤浆流变性的影响剪切对水煤浆流变性的影响 由于水煤浆是一种非牛顿流体，其流变性与所受到的剪切作用和剪切由于水煤浆是一种非牛顿流体，其流变性与所受到的剪切作用和剪切经历有密切的关系。经历有密切的关系。 在剪切作用下，水煤浆流变性的改变对它的流动性与稳定性都有影响，在剪切作用下，水煤浆流变性的改变对它的流动性与稳定

54、性都有影响，所以所以水煤浆的抗剪切性水煤浆的抗剪切性是水煤浆质量的一个重要方面。是水煤浆质量的一个重要方面。日本康宏清修等人研究了不同浓度水煤浆经实验室低速日本康宏清修等人研究了不同浓度水煤浆经实验室低速(200转分转分)搅搅拌器搅拌拌器搅拌30100小时，和高速小时，和高速(3000转分转分)搅拌器搅拌搅拌器搅拌10分钟后流变性分钟后流变性的变化，结果是剪切后水煤桨的粘度降低，屈服应力增高，触变性增强，的变化，结果是剪切后水煤桨的粘度降低，屈服应力增高，触变性增强，从而静态与动态稳定性得到提高。从而静态与动态稳定性得到提高。 4.4 剪切对水煤浆流变性的影响剪切对水煤浆流变性的影响 日本日本

55、T. Ishihara等人研究了高浓度水煤浆经高速搅拌等人研究了高浓度水煤浆经高速搅拌(5000转分转分)后后流变性的变化，结果是流变性的变化，结果是剪切后水煤浆的粘度显著增高剪切后水煤浆的粘度显著增高，如图，如图7.17。 使用非离子型分散剂，浓度为使用非离子型分散剂，浓度为70的水煤浆搅拌的水煤浆搅拌20分钟后粘度增加了分钟后粘度增加了一倍；使用离子型分散剂，浓度为一倍；使用离子型分散剂，浓度为67%的水煤浆搅拌的水煤浆搅拌40分钟后粘度才增分钟后粘度才增加了一倍。加了一倍。水煤浆经泵送和管道输送过程的剪切作用后流变性变化的研究，结果水煤浆经泵送和管道输送过程的剪切作用后流变性变化的研究，

56、结果如图如图7.18所示。使用活塞泵的水煤浆耐搅拌性能不如使用螺杆泵者，但所示。使用活塞泵的水煤浆耐搅拌性能不如使用螺杆泵者，但是后者度粘开始略有下降但随后明显升高。说明水煤浆经螺杆泵剪切是后者度粘开始略有下降但随后明显升高。说明水煤浆经螺杆泵剪切后粘度会提高。但只要补加分散剂，仍可使泵送的粘度降下来。后粘度会提高。但只要补加分散剂，仍可使泵送的粘度降下来。 4.4 剪切对水煤浆流变性的影响剪切对水煤浆流变性的影响 意大利意大利D.Ercolani等人对水煤浆在经受搅拌、泵送过程的剪切作用等人对水煤浆在经受搅拌、泵送过程的剪切作用后的流变性变化进行了系统研究。结果显示，无论是经过搅拌还是泵后的

57、流变性变化进行了系统研究。结果显示，无论是经过搅拌还是泵送或管道输送，水煤浆的表观粘度都呈现增加的趋势，如图送或管道输送，水煤浆的表观粘度都呈现增加的趋势，如图7.19及及7.20所示。所示。 4.4 剪切对水煤浆流变性的影响剪切对水煤浆流变性的影响 认为，表观粘度的增加与这些过程对水煤浆输入的能量有关，所认为，表观粘度的增加与这些过程对水煤浆输入的能量有关，所以，按输入能量作用，可以得到统一的关系曲线以，按输入能量作用，可以得到统一的关系曲线(图图7.21)。 4.4 剪切对水煤浆流变性的影响剪切对水煤浆流变性的影响 以上说明，剪切作用对水煤浆流变性影响结果具有这种多样性。以上说明，剪切作用

58、对水煤浆流变性影响结果具有这种多样性。总结与分析：总结与分析： (1) 由于各人试验所用水煤浆本身的特性不同，经受的剪切的形式和强度由于各人试验所用水煤浆本身的特性不同，经受的剪切的形式和强度不同，从而产生了这种多样性。不同，从而产生了这种多样性。 (2) 适当温和的剪切有利于适当温和的剪切有利于加速添加剂与煤粒间的相互作用加速添加剂与煤粒间的相互作用，只要添加剂，只要添加剂配方选择适当，这种剪切作用终归可以改善水煤浆的流变性与稳定性。所配方选择适当，这种剪切作用终归可以改善水煤浆的流变性与稳定性。所以制浆厂应设立这种中间搅拌环节，使水煤浆在出厂前有一个以制浆厂应设立这种中间搅拌环节，使水煤浆

59、在出厂前有一个熟化过程熟化过程。4.4 剪切对水煤浆流变性的影响剪切对水煤浆流变性的影响 (3) 原原属属于于假假塑塑性性或或屈屈服服假假塑塑性性的的水水煤煤浆浆，经经适适当当温温和和的的剪剪切切作作用用后后，粘粘度度将将会会降降低低。原原属属于于胀胀塑塑性性或或屈屈服服胀胀塑塑性性的的水水煤煤浆浆，经经适适当当温温和和的的剪剪切作用后，粘度将会升高。切作用后，粘度将会升高。图图7.22是是对对大大同同煤煤分分别别采采用用进进口口非非离离子子分分散散剂剂与与国国产产阴阴离离子子添添加加剂剂所所制制两两种种水水煤煤浆浆的的流流变变图图和和经经剪剪切切后后粘粘度度的的变变化化情情况况。(阴阴离离子

60、子型型优于非离子型分散剂优于非离子型分散剂.)4.4 剪切对水煤浆流变性的影响剪切对水煤浆流变性的影响 (4)剪切作用可加速添加剂与煤粒间的相互作用，但也会加速添加剂的剪切作用可加速添加剂与煤粒间的相互作用，但也会加速添加剂的无谓消耗。无谓消耗。 所说的无谓消耗，是指添加剂与水中其他物质作用发生的降解或被所说的无谓消耗，是指添加剂与水中其他物质作用发生的降解或被吸附到煤粒孔隙中去，不在颗粒表面、不起分散颗粒作用的那些消耗。吸附到煤粒孔隙中去，不在颗粒表面、不起分散颗粒作用的那些消耗。在这种情况下，煤浆因添加剂不足而引起粘度增高。在这种情况下，煤浆因添加剂不足而引起粘度增高。 在这种情况下，煤浆

61、因添加剂不足而引起粘度增高。只要补充添加剂，在这种情况下，煤浆因添加剂不足而引起粘度增高。只要补充添加剂，煤浆质量可恢复原态。实际上即使不加以剪切，经过一定时间后水煤煤浆质量可恢复原态。实际上即使不加以剪切，经过一定时间后水煤浆的质量也会出现这种降质情况，瑞典浆的质量也会出现这种降质情况，瑞典Fluidcarbon公司把这种现象称公司把这种现象称为为“老化老化(Ageing)”。 4.4 剪切对水煤浆流变性的影响剪切对水煤浆流变性的影响 由于添加剂无谓消耗引起的老化现象与添加剂品种、煤炭性质及水质都有关。由于添加剂无谓消耗引起的老化现象与添加剂品种、煤炭性质及水质都有关。 曾凡教授开发了一种称

62、之为曾凡教授开发了一种称之为“促进剂促进剂”的添加剂，其作用之一是可的添加剂，其作用之一是可以起到将煤粒中的孔隙以起到将煤粒中的孔隙“封孔封孔”作用，从而提高了水煤浆的抗老化能力。作用，从而提高了水煤浆的抗老化能力。 图图7.23是以萘磺酸是以萘磺酸钠甲醛缩合物为分散钠甲醛缩合物为分散剂所制煤浆，使用和剂所制煤浆，使用和末使用促进剂情况下末使用促进剂情况下抗剪切作用的对比。抗剪切作用的对比。 4.4 剪切对水煤浆流变性的影响剪切对水煤浆流变性的影响 （）剪切作用破坏了添加剂在煤粒表面的吸附，这些添加剂虽然还（）剪切作用破坏了添加剂在煤粒表面的吸附，这些添加剂虽然还存在水中，但它们不再对煤粒起分

63、散降粘作用，它们并没有被消耗，存在水中，但它们不再对煤粒起分散降粘作用，它们并没有被消耗，煤浆经温和搅拌又可重新发挥作用。所以有时剪切变粘的煤浆，经缓煤浆经温和搅拌又可重新发挥作用。所以有时剪切变粘的煤浆，经缓慢搅拌后可部分恢复。慢搅拌后可部分恢复。 显然，这种破坏作用的影响程度与添加剂的品种有关。前面提到日显然，这种破坏作用的影响程度与添加剂的品种有关。前面提到日本本T.Ishihara等人的试验与曾凡教授的试验都得出非离子型添加剂比阴等人的试验与曾凡教授的试验都得出非离子型添加剂比阴离子型添加剂更容易受剪切作用而解吸。离子型添加剂更容易受剪切作用而解吸。 曾凡教授分析后认为，这是由于非离子

64、型添加剂在煤粒表而为物理曾凡教授分析后认为，这是由于非离子型添加剂在煤粒表而为物理吸附，而她所使用的阴离子型添加剂在煤粒表伴有部分化学吸附，吸吸附，而她所使用的阴离子型添加剂在煤粒表伴有部分化学吸附，吸附强度优于非离子型添加剂的。附强度优于非离子型添加剂的。 4.4 剪切对水煤浆流变性的影响剪切对水煤浆流变性的影响 (6) 强剪切作用或经受较长时间的剪切，煤浆的流动性会显著强剪切作用或经受较长时间的剪切，煤浆的流动性会显著变坏甚至完全不能流动，这种情况我们经常遇到，这是因为剪切作变坏甚至完全不能流动，这种情况我们经常遇到，这是因为剪切作用使煤浆中颗粒之间碰撞的机率及碰撞强度大大增强。用使煤浆中

65、颗粒之间碰撞的机率及碰撞强度大大增强。 由由DLVO理论可知，当颗粒在外力作用下相互靠拢并获得较高的理论可知，当颗粒在外力作用下相互靠拢并获得较高的动能时，它可以克服阻碍颗粒接近的能峰而进入吸引区，在吸引力动能时，它可以克服阻碍颗粒接近的能峰而进入吸引区，在吸引力作用下使颗粒紧密相连构成空间结构物。作用下使颗粒紧密相连构成空间结构物。 这样形成的空间结构的强度要比由稳定剂构成的结构物要牢固得这样形成的空间结构的强度要比由稳定剂构成的结构物要牢固得多，因而具有很大的屈服应力，使煤浆的流动作会显告变坏甚至完多，因而具有很大的屈服应力，使煤浆的流动作会显告变坏甚至完全不能流动。由于离心泵的剪切强度很

66、大，所以作者反对用离心泵全不能流动。由于离心泵的剪切强度很大，所以作者反对用离心泵泵送高浓度水煤浆。泵送高浓度水煤浆。 4.4 剪切对水煤浆流变性的影响剪切对水煤浆流变性的影响 （7）按输入能量来评估各种剪切作用对水煤浆粘度升高影响的方法，）按输入能量来评估各种剪切作用对水煤浆粘度升高影响的方法，对进一步研究剪切作用对水煤浆流变性的影响规律及机理都有重要的对进一步研究剪切作用对水煤浆流变性的影响规律及机理都有重要的参考价值。参考价值。 在不同的剪切方式作用下，外界输入的能量转化为颗粒获得的动能在不同的剪切方式作用下，外界输入的能量转化为颗粒获得的动能不会是固定的比率。因此，在分析输入能量的影响

67、时，应按不同的剪不会是固定的比率。因此，在分析输入能量的影响时，应按不同的剪切方式分别统计。切方式分别统计。 （8）适当强度的剪切作用可提高水煤浆的屈服应力，加速煤浆的熟化，）适当强度的剪切作用可提高水煤浆的屈服应力，加速煤浆的熟化，从而改善水煤浆的稳定性。从而改善水煤浆的稳定性。 因此在制浆工艺中添加了稳定剂之后，增设一个剪切环节往往是有利因此在制浆工艺中添加了稳定剂之后，增设一个剪切环节往往是有利的，八一制浆厂就有这个环节并取得良好的效果。的，八一制浆厂就有这个环节并取得良好的效果。 4.4 剪切对水煤浆流变性的影响剪切对水煤浆流变性的影响 （9）煤浆遭受搅拌剪切难免会卷入空气，这些气体经

68、搅拌破碎形）煤浆遭受搅拌剪切难免会卷入空气，这些气体经搅拌破碎形成许多敞泡均约分初在水煤浆中。成许多敞泡均约分初在水煤浆中。 由于煤浆的浓度高、粘度大，这些微泡很难释放出末，形成一由于煤浆的浓度高、粘度大，这些微泡很难释放出末，形成一种基本上没有流动性气、液、团三相煤浆。所以在水煤浆的搅拌过种基本上没有流动性气、液、团三相煤浆。所以在水煤浆的搅拌过程中应防止空气吸入，或添加一定量的消泡剂。程中应防止空气吸入，或添加一定量的消泡剂。 4.4 剪切对水煤浆流变性的影响剪切对水煤浆流变性的影响 （10）水煤浆在车、船运输途中因振动、颠波产生的剪切作用可削弱）水煤浆在车、船运输途中因振动、颠波产生的剪

69、切作用可削弱水煤浆中空间结构物的强度，减小屈服应力，加速颗粒的沉淀。水煤浆中空间结构物的强度，减小屈服应力，加速颗粒的沉淀。 所所以以，水水煤煤浆浆的的动动稳稳定定性性比比静静稳稳定定性性要要差差。为为了了考考核核水水煤煤浆浆的的动动稳稳定定性性，在在模模拟拟车车船船振振动动、颠颠波波情情况况下下进进行行稳稳定性试验是十分必要的。定性试验是十分必要的。 对对水水煤煤浆浆海海运运试试验验(历历时时5个个月月，航航程程9186海海里里)结结果果表表明明，运运输输前前后后水水煤煤浆浆的的粘粘度度都都明明显显增增高高；除除有有一一个个例例外外，屈屈服服应应力力都都明明显显降降低低，如图如图724所示。所示。4.4 剪切对水煤浆流变性的影响剪切对水煤浆流变性的影响