摘要：浆体管道输送的过程中，很多学者都对其流动状态进行了分析，如何更好的减小阻力，提升浆体管道输送的效率和质量，这是我们所关心的问题。本文针对浆体管道输送的流动状态展开分析，对流动特进行了深入的探讨，并研究了当前浆体管道输送过程中所受到的主要阻力，并针对阻力提出了减小阻力的方法和措施，供同行参考和借鉴。
关键词：浆体管道；输送；流态；
1、浆体管道输送的流型特性
1.1流型种类
浆体管道输送一般是指固体物料的管道水力输送，在输送过程中，大多属于两相流体系，且一般都在紊流状态下输送。与单相流相比，其流型变化要复杂得多。固液两相流的流型变化主要取决于流动速度。在浆体管道输送中，可能出现的流型变化主要有准均质流、非均质悬浮流、滑动床与非均质悬浮以及定床跳跃四种。在这四种流型中，除准均质流因能量消耗高、管道磨损快而很少用于泵扬送的水力输送系统外，其余三种在工业管道输送中均可看到。非均质悬浮体的固体颗粒能全部悬浮，但管道上半部与下半部间存在浓度梯度，上小下大，如遇突然发生的浓度增大、流量减小或局部阻力增加等情况，就可能变成后两种流动状态。
1.2管道中浓度及流速分布与流型的关系
浓度分布随流动状态不同有显著不同。在准均质流中，管内浆体浓度大致呈均匀分布；在非均质悬浮流中，虽然固体颗粒仍处于悬浮状态，但管中从上到下已出现浓度梯度，下部浓度明显高于上部浓度；滑动床与非均质悬浮流中，固体颗粒都集中在管道下部，并以固粒床的形式沿管壁滑动；定床跳跃这一流型中，管道下部已形成一定厚度的颗粒定床，定床上部浆体浓度很低。不同的流动状态，管中浆体流速分布具有较大的区别。在准均质流中，流速分布按抛物线形式分布，管道中心处流速最大，上下管壁处流速为零；在非均质悬浮流和滑动床与非均质悬浮流中，由于存在浓度梯度，管道下部浓度大，这部分浆体的流动阻力加大，因此流速明显降低，且流速的最大值出现在管道中心线以上；在定床跳跃中，除具有下部流速减小、最大流速位置上移的特点外，管道底部一定厚度的颗粒床固定不动，定床表面的颗粒以跳跃的方式运动。
2、影响浆体管道阻力特性的因素
影响浆体管道阻力特性的因素很多，其主要因素有:固体物料特性、浆体特性及管道特性等。详细分析如下:
2.1固体物料特性的影响
包括固体颗粒的粒径、密度、形状和粒度级配等因素。
(1)粒径:在一定流速条件下，固体颗粒粒径越小，维持其悬浮所需的能量也就越小，因而浆体管道的阻力损失也就越小。这就是说，固体颗粒越细，越易于水力输送。
(2)密度:与粒径特征一样，固体颗粒密度越小，越易于形成均匀悬浮，管道阻力损失也就越小。这一观点通常是正确的，因为对于绝大部分被输送的固体物料来说，其密度是大于清水的，但情况并不完全这样。当固体颗粒的密度大于水时，随着固体密度的加大，阻力损失固然越来越大；当固体颗粒密度小于水时，随着固体密度的减小，阻力损失也越来越大。
(3)形状:目前尚无充分证据可证实固体颗粒形状的影响，然而有一点是肯定的，颗粒形状对于沉降速度W有很大影响，而阻力损失与颗粒沉速是有关的。因此我们有理由相信，颗粒形状对于阻力损失有影响。已证实，颗粒沉速越大，所需的输送流速越大，阻力损失也越大。
(4)粒度级配：粒度级配:粒度级配是影响浆体管道阻力损失的一个重要因素。对于大部分被输送的固体物料来说,其粒度通常是由粗细不均匀的颗粒组成,因此存在一个粒度级配问题。当颗粒级配较细,组成不均匀性稍大且细颗粒含量适当时,阻力损失有明显减小的趋势。
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2.2浆体特性的影响
(1)浓度:浆体浓度C的增大，意味着单位体积内固体含量的增加，这一方面会增加浆体粘度，另一方面使得水流紊动能量中用于支持颗粒悬浮的能耗也增大，从而管道阻力损失也相应增大。现有的试验资料似乎都表明管道阻力损失与浆体浓度是成正比例的关系。
(2)粘性:浆体的粘性是影响管道阻力损失的重要因素。这不仅体现在固体颗粒的存在使得浆体的粘度增大，从而阻力损失增大；更重要的是在很多情况下改变了浆体的流变特性，使其具有牛顿流体性质。
2.3管道特性的影响
(1)管径:在一定的流速条件下,管道阻力损失与管径成反比,即管径越大,阻力损失越小。但其减小趋势却是与管径的n次方成正比的。
(2)管壁粗糙度:管壁粗糙对流动阻力损失的影响只有在流动处于水力粗糙状态时才会显现出来,粗糙度越大,阻力损失越大,这一点与清水管流是一致的。
3､浆体管道输送减阻技术
3.1适当粒径级配减阻
对于浆体的管道输送，应尽量使流动处于完全混合状态，以避免“滑动床”与管底之间产生较大的机械摩擦力，并防止浆体淤积，堵塞管道。根据上述关于完全混合状态下阻力机理的探讨，对于中浓度(体积比约为30%—40%)及高浓度浆体(体积比约为50%—60%)输送问题，适当的粒径配比可改善浆体的流动性，减小流动阻力。如单纯地输送高浓度小粒径固体颗粒，由于增大了流体的黏性，虽有利于维持固体颗粒的稳定性不至于因重力作用分选沉降，但容易使浆体进入层流流态，增大流动阻力；若适当调整固体颗粒的粒径级配，增加大粒径固体颗粒的比例，使小颗粒能充分地填充到大颗粒间的空隙，防止大颗粒的沉降，将有利于使浆体维持在紊流状态下，减小流动阻力。
3.2减阻剂减阻
近年来，减阻剂减阻技术在高浓度浆体的管道输送中应用较多。在浆体中添加高分子溶液､细泥沙浆､纤维状材料和采取高压注气等，以此在输送管道中使主流区与边界层之间形成一个缓冲层，相应增加边界层厚度，达到减阻目的。国内外学者对含有减阻剂的高浓度浆体的流变特性及阻力特性进行了大量的试验研究，得出如下结论:①减阻剂是影响高浓度浆体流变特性的重要因素，可明显减小浆体在管道中的输送阻力；②减阻剂的剂量应控制在一个合理的范围之内，剂量过小达不到理想的减阻效果，剂量过大同样会降低减阻效果，同时增加了输送成本。究其原因，是由于加入适量的减阻剂能降低固体颗粒的表面能，增加固体颗粒的亲水性，使颗粒表面形成一层水膜，从而容易相对运动，提高流动性。固体颗粒表面附着的水膜层，能有效地阻止颗粒间的碰撞与聚集，但如果颗粒表面亲水性过强，水膜厚度过大则会引起颗粒的膨胀，使颗粒间的流动水减少，浆体黏度增加。因此选择适宜的减阻剂并控制好剂量，适当改善固体颗粒的亲水性，既可降低输送成本，又能提高输送效率。
3.3升温减阻
温度对浆体的管道输送过程中摩擦阻力有很大影响。浆体黏性随温度升高而减小，这虽然对浆体的稳定性不利，容易引起固体颗粒的沉降，但对减小管道摩擦阻力却很有利。李培芳等对不同温度下水煤浆流变特性及管道阻力进行了试验研究，结果表明，在每一调定温度下，水煤浆均为宾汉流体，不同温度时屈服应力变化不大，而刚度系数随温度降低而增大，并且温度越低其增大越快。管道阻力的试验结果表明，其他条件相同时，管道摩擦阻力随温度的升高而减小，原因是由于随温度的升高，水煤浆体积增大，因而分子之间的相互作用因其间距增大而减弱水煤浆的黏度降低。
4、结束语
综上所述，为了能够使浆体管道输送的效果更加突出，而且能够避免因为主客观因素导致浆体管道输送的效果大打折扣，我们今后要更加注重输送流动状态研究，并对此进行深入分析，提高其流动的有效性。
参考文献
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论文作者:宁宗
论文发表刊物:《基层建设》2016年19期
论文发表时间:2016/12/6
标签：管道论文; 阻力论文; 颗粒论文; 固体论文; 流速论文; 浓度论文; 粒径论文; 《基层建设》2016年19期论文;