煤炭燃燒水煤漿在漸縮管中局部咀力特性的數(shù)值試驗趙國華,陳良勇,段鈺鋒(東南大學潔凈煤發(fā)屯及燃燒技術教育部重點實驗室,江蘇南京210096)摘要:針對質量濃度為57.08%神華水煤漿,利用管流法和旋轉粘度計法測得其流變模型。運用 FLUENT軟件提供的非牛頓流體模塊對水煤漿流經漸縮管進行模擬計算,比較計算壓差和實驗壓差,證明計算模型的正確性。基于計算模型的正確性,對水煤漿在漸縮管中不同流速、不同漸縮角度的工況下進行數(shù)值試驗,得出局部損失系數(shù)與雷諾數(shù)和漸縮角度的經驗公式;在漸縮角度不變的情況下,改變漸縮管長度與漸縮管進口端直徑比率,得出各個相應比率下的局部損失系數(shù)與雷諾數(shù)的關系。關鍵詞:水煤漿;漸縮管;局部損失系數(shù);數(shù)值實驗中圖分類號:TQ051.21文獻標識碼:A文章編號:10066772(2007)050052-04水煤漿是一種新型煤基流體潔凈環(huán)保燃料,既在不同流速、不同的漸縮角度、不同的漸縮管長度與保留了煤的燃燒特性,又具備了類似重油的液態(tài)燃漸縮管進囗端直徑比率,對局部損失系數(shù)進行研究。燒應用特點,是目前中國一項現(xiàn)實的潔凈煤技術。首先采用管流法和旋轉粘度計法相結合得出符合隨著水煤漿需求量的增大,對水煤漿管道輸送研究 Herschel-Bulkley模型的流變方程,建立合理的數(shù)學的重要性日益提升。為了使水煤漿管道輸送得到順模型進行計算,將計算值與實驗測得壓差比較在誤利進行,對管道的設計和優(yōu)化提出了更高的要求。差允許的范圍內驗證模型的正確性,之后采用此模合理的管道設計參數(shù)是管道設計和優(yōu)化的前提,管型進行數(shù)值試驗,改變流速、漸縮角度、漸縮管長度道在工作過程中存在沿程阻力損失和局部阻力損與漸縮管進口端直徑比率得出局部損失系數(shù)與各自失)。管道的設計和優(yōu)化中常遇到管路的漸縮阻的關系,并總結適合工程應用的經驗公式。力系數(shù),合理確定漸縮阻力系數(shù)是使設計達到實際應用要求和最優(yōu)化的關鍵,現(xiàn)有的設計手冊或資料1實驗與水煤漿流變方程的確定中,均采用了漸縮段的進出口面積有關的系數(shù)進行在水煤漿綜合試驗臺上進行實驗,運用管流法計算,只是對于水、氣體和類似這種介質的流體比較和旋轉粘庋計法相結合得出水煤漿的流變模型。管合理,真正的對于水煤漿這種非牛頓流體在特定的流法對水煤漿在管道內的恒定剪切流動,可實測其流速下,此系數(shù)是不合理的。一些學者2對水煤漿壓降和流量,并推算剪切應力與應變速度的關系確管道輸送提出許多模型,推動水煤漿管道輸送數(shù)值定流變特性,此方法一般測得中、高的剪切速率模擬的發(fā)展。運用數(shù)值模擬和數(shù)值試驗的手段對水下水煤漿的流變方程;旋轉粘度計法測得水煤漿低煤漿流經漸縮管進行局部損失系數(shù)研究目前還比較剪切速率下的流變方程。實驗在25℃恒溫下對質少見。筆者首次運用數(shù)值模擬和數(shù)值試驗的方法對量濃度為57.08%神華水煤漿進行管徑分別為水煤漿在漸縮管中流動的局部損失系數(shù)進行研究收搞日期:2007YH宮和0mm直管流變特性測量,并國煤化工NMHG基金項目:國家重點基礎研究發(fā)展計劃973計劃)資助頂目(2004c821701)作者簡介:趙國華(1983-),男,江蘇南通人碩士,主要從事煤的潔凈燃燒與氣化等方面的學習與研究《潔凈煤技術》2007年第13卷第5期煤炭燃燒全國中文核心期刊礦業(yè)類核心期刊《 CAJ-CD規(guī)范》執(zhí)行優(yōu)秀期刊且在同樣的溫度下運用粘度計進行流變特性測量,接近,計算值相對于實驗值的相對誤差小于15%,達結合管流法和旋轉粘度計法測出的水煤漿在廣范圍到工程可以接受的誤差范圍,從而證明計算中運用內剪切應力與剪切速率的關系,整理數(shù)據(jù)得出符合 Herschel- Bulkley模型建立的數(shù)學計算模型的正確Herschel- Bulkley模型的流變方程。 Herschel-Bulk-性。運用此模型進行數(shù)值實驗探討局部損失系數(shù)ley模型為與不同流速、不同的漸縮角度、不同的漸縮管長度與7o+ky-(r0/)"]漸縮管進口端直徑比率的關系是可靠、有工程應用y=ax ax的實際價值的n為非牛頓流體的表觀粘度,Pas;T為屈服剪切應力,Pa;k為稠度系數(shù);Ho為極限粘度,Pa·s;y剪切速率,s。當r小于T0介質保持剛性,當T大于ro介質是冪定律流體Herschel- Bulkley模型結合了流體的賓漢和冪<當定律作用效果。對于低剪切速率(γ小于r。/)剛性材料”表現(xiàn)為粘度為燦的非常粘稠的流體;00.40.81.21.62.024漸縮管進口端流速μ/ms旦剪切速率增加,剪切應力大于屈服剪切應力了,流體表現(xiàn)為冪定律形式。實驗得出的水煤漿的圖2漸縮管兩端壓差的計算值與實驗值比較流變方程為1—3°實驗值;2——3°計箅值;3—-5°實驗值;4——5°計算偵10實驗值;6—10°計算值;7—20°實驗值;8—20°計算值10.4+0.04931y211-(10.4/0.39)1y繼而在綜合試驗臺上對水煤漿流經進口端直徑3局部損失系數(shù)數(shù)值試驗研究為50mm、出口端直徑為25mm漸縮角度分別為3局部損失系數(shù)定義為1度、5度、10度和20度的漸縮管進行測量,上、下游的測點與漸縮管的進、出口端留有一定的穩(wěn)定段距離。通過漸縮管上游與下游之間的壓差,得出局部阻力的損失。P1為入口端的壓力,Pa;P2為出口端的壓力,Pa;p2模型的驗證為水煤漿的密度,kg/m3;a1為漸縮管進口端流速圖1中D為漸縮管進口端直徑,L為漸縮管長度,0實驗中管內的平均流速比較小,廣義雷諾數(shù)小為漸縮角度,L/D為漸縮管長度與漸縮管進口端直于2200,水煤漿管道流動可認為是層流流動。運用徑比率,d為漸縮管出口端直徑。實驗得出的流變模型建立數(shù)學計算模型,利用FLU工程上,局部損失系數(shù)與流速的關系通常通過ENT軟件進行計算,計算得出與實驗相同位置的壓局部損失系數(shù)與雷諾數(shù)的關系表現(xiàn)出來。水煤漿作差。計算中網格采用四面體和六面體網格,入口邊為一種非牛頓型流體,許多研究者針對不同的研究界條件:水煤漿的密度為1198kg/m3,采用平均速對象和研究目的提出不同的雷諾數(shù)定義。筆者應度進口條件。差分格式采用一階迎風格式算法采用基于璧面表觀粘度的雷諾數(shù)定義用 SIMPLE算法,收斂誤差控制在0.1%。圖1是漸Re縮管上游和下游的實驗測得壓差與計算壓差比較。p為水煤漿的密度kg/m3;u為流速,m/s;d為管測點P測點P徑,mm;q為表觀粘度,Pa·s運用數(shù)值試驗的方法,對漸縮角度為3度、5度、10度、15度、20度、25度、30度和45度,進口直徑為50mm,出口直徑為25mm的漸縮管進行試驗總結中國煤化工關系,此處的雷諾圖1實驗漸縮管示意數(shù)是CNMHG秤的物角度卜局部預天系數(shù)隨著雷諾數(shù)的從圖2中可以看出計算值與實驗值的結果比較增加而減小,減小幅度逐漸平穩(wěn),最終趨于一個恒水煤漿在漸縮管中局部阻力特性的數(shù)值試驗煤炭燃燒225100200300400500600700諾數(shù)Re圖3各個漸縮角度下局部損失系數(shù)與雷諾數(shù)的關系圖610度下各個LD局部損失系數(shù)與雷諾數(shù)關系l—3°;2-5°;3-10°;4-155-20°;6-25°;7-30°;845°值;相同的雷諾數(shù)下,局部損失系數(shù)隨著漸縮角度的增大而減小。從圖3上在誤差允許范圍內總結出局部損失系數(shù)與漸縮角度、雷諾數(shù)的經驗關系式嶽函水嗎5=(0.002602-0.2650+17.13)0.2535.83e.l(6+212)Re+50.26e123(e-15)諾數(shù)ReB為漸縮角度,度。圖720度下各個LD局部損失系數(shù)與雷諾數(shù)關系圖4至圖7是漸縮角度分別為3度、5度、10度和20度時不同的漸縮管長度與漸縮管進口端直徑4漸縮段的速度矢量場和和分子表觀粘度場比率局部損失系數(shù)隨雷諾數(shù)的變化。隨著漸縮角度圖8和圖9是漸縮角度為10度的漸縮管,進口的變大同一漸縮角度下隨著漸縮管長度與漸縮管端直徑為50mm、出口端直徑為25mm,在入口速度進口端直徑比率的增加局部損失系數(shù)增加增加幅為1.75m/s時水煤漿流動的速度矢量場和分子表度逐漸變大。從而可以說明同一個漸縮角度下,隨觀粘度的分布場。速度在漸縮管內隨著漸縮管長度著漸縮管長度的增加,增加相同長度產生的局部能增加,速度增加。水煤漿流經漸縮管時,中心核心區(qū)量損失的貢獻比前一段漸縮角長度產生的局部能量的分子表觀粘度變小,并且中心核心區(qū)的分子表觀損失的貢獻大得多。粘度隨著漸縮管長度方向減小,速度梯度變化率減小;流過漸縮管后,中心核心區(qū)的分子表觀粘變大。水煤漿在漸縮管整個流動過程中壁面處的分子表觀粘度幾平不窄.即諫度梯度沒有戀化緊8.06e+07.10e+00需諾數(shù)R20e+00圖43度下各個LD局部損失系數(shù)與雷諾數(shù)關系3.23e+0026e+0030e+0029e-01圖8速度矢量場緊3.37e-013.I0e-012.83e-01中國煤化工100200300400CNMHG21e-01圖55度下各個LD局部損失系數(shù)與諾數(shù)關系圖9分子表觀粘度的分布場《清凈煤技術》2007年第13卷第5期煤炭燃燒全國中文核心期刊礦業(yè)類核心期刊《CAJ-cD規(guī)范》行優(yōu)秀期刊面處的分子表觀粘度幾乎不變。5結論(1)通過管流法和旋轉粘度計法相結合得出漩參考文獻變模型,運用到 FLUENT軟件提供的非牛頓流體模]趙寶峰對管路漸擴段局部阻力系數(shù)的探討J東北塊進行計算,能較好的模擬水煤漿在漸縮管中的流農業(yè)大學學報,1998,29(4):367-370動狀況。[2]張慶,水煤漿管道輸送模型[J].煤炭轉化,1995,18(2)通過實驗值與計算值的比較,驗證技術模型的正確性。利用此模型進行數(shù)值試驗,總結得出[3]岑可法,姚強,曹欣玉,等.煤漿燃燒、流動、傳熱和氣化的理論與應用技術[M].杭州:浙江大學出版社適合工程應用的經驗公式。1997,15(3)相同的漸縮角度下,局部損失系數(shù)隨著雷[4]孔瓏工程流體力學(M北京:中國電力出版社,諾數(shù)的增加而減小;相同的雷諾數(shù)下,局部損失系1992,12~104數(shù)隨著漸縮角度的增大而減小。[5]盧平.水煤營輸送特性和噴霧特性及其直接數(shù)值模擬(4)水煤漿流經漸縮管時,中心核心區(qū)的分子的研究[D].南京:東南大學,55表觀粘度變小,流過漸縮管后;中心核心區(qū)的分子表觀粘度變大。水煤漿在漸縮管整個流動過程中壁Study on Local Loss Coefficient of Coal-water Slurryin Converging Tube with Numerical ExperimentZHAO Guo-hua, CHEN Liang-yong, DUAN Yu-fengKey Laboratory of Clean Coal Power Generation and Combustion Teclof the Ministry of EducationSoutheast University, Nanying 210096Abstract: The rheological model of the mass concentration of coal-water slurries of 57. 08% about Shenhua coal isgained by the experimental method of pipe flow and rotary viscometer. By use of the FLUENT program with somemodifications the coal-water slurry is simulated numerically on its converging tube flows, the predicted pressure wasmodel, with different velocity and converging angle numerical experiments of the coal-water slurry are carried out onits converging tube flows, local loss coefficient of the empirical formula with Reynolds number and converging angleis obtained. In terms of the same converging angle, relationship between local loss coefficient and Reynolds numberin different ratio between the length of converging tube and the diameter of the inlet of converging tube is gainedKeywords: coal-water slurry; converging tube; local loss coefficient; numerical experimentsM不4…信息檢索“坪湖媒業(yè)尾礦水循環(huán)利用2007年7月18日,隨著2臺功率均為30kW的尾礦壓力機的啟動,江西豐城礦務局坪湖煤業(yè)公司結束∫50a來排放尾礦水的歷史。長期以來,坪湖煤業(yè)公司的尾礦水一直是向洗煤廠外的農田排放,使得當?shù)剞r村許多農田受到污染,企業(yè)每年為此支出許多賠償金。今年,該礦班子把思想統(tǒng)一到發(fā)展企業(yè)循環(huán)經濟,實現(xiàn)節(jié)能減排上*投入94萬元,購進了2臺尾礦壓力機每天處理循環(huán),可從尾礦水中產生3t煤炭,一個月可以為坪湖煤業(yè)H中國煤化工力機45mm一個處理后的尾礦水不是排入沉淀池內,而是直接進入尾礦力8示陽,實現(xiàn)了尾礦水不外排,減少了環(huán)境污染。水煤漿在漸縮管中局部阻力特性的數(shù)值試驗