固相顆粒粒徑對漿體流變特性影響的實(shí)驗(yàn)研究

張 頁 孫志高 劉 行 王曉春 李 娟

(蘇州科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 蘇州 215009)

冰漿因較好的傳輸性能和較高的融化潛熱，受到學(xué)者們的廣泛關(guān)注[1]。這是一種新型環(huán)保漿體，由冰晶粒子、水和凝固抑制劑組成，其中冰晶粒子的平均特征直徑不超過1 mm[2]。冰漿既可作為冷量的換熱介質(zhì)，又可作為冷量存儲(chǔ)的儲(chǔ)冷介質(zhì)[3]，已廣泛應(yīng)用于建筑蓄冷、食品加工、醫(yī)療保護(hù)等眾多領(lǐng)域[4-6]。冰漿的蓄冷應(yīng)用有助于實(shí)現(xiàn)電力“移峰填谷”，起到均衡電網(wǎng)負(fù)荷的作用[7]。

常見的冰漿制備技術(shù)有刮削法、過冷法、直接接觸法等[8-10]，但在制備過程中準(zhǔn)確控制冰晶顆粒大小的技術(shù)還尚未成熟。此外，在存儲(chǔ)及運(yùn)輸過程中，由于熟化、團(tuán)聚、破碎等動(dòng)力學(xué)行為的存在，冰晶顆粒的尺寸會(huì)不斷發(fā)生變化[11-13]，難以通過冰漿實(shí)驗(yàn)來衡量冰晶粒徑對冰漿流動(dòng)特性的影響。因此本文挑選與冰晶密度接近的聚乙烯顆粒，在確保固相顆粒大小不變的情況下，進(jìn)行固液兩相流流動(dòng)特性的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究。

B. Stutz等[23]使用密度接近冰的聚丙烯小球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，解釋了冰漿在管道內(nèi)的流動(dòng)行為。杜軍恒[24]利用聚乙烯顆粒代替冰晶顆粒進(jìn)行流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，觀察了固相顆粒在水平圓管和彎管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的分布情況。M. Darbouret等[25]發(fā)現(xiàn)TBAB水合物漿體的流動(dòng)符合Bingham模型，但Ⅰ型TBAB水合物和Ⅱ型TBAB水合物的流變行為存在差異，這是由于Ⅰ型TBAB水合物和Ⅱ型TBAB水合物的粒子形狀大小上的差異造成。A. Kitanovski等[26]發(fā)現(xiàn)當(dāng)冰漿呈均質(zhì)床流動(dòng)時(shí)，冰晶粒徑對黏度的影響很低，但是當(dāng)流速較低時(shí)，由于管道頂部區(qū)域濃度較高，冰晶粒徑對黏度的影響無法忽略。因此，本文選用密度約為0.922 g/cm3的聚乙烯顆粒代替冰晶顆粒進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，控制固相粒徑，模擬冰漿在水平圓管內(nèi)的流動(dòng)，確定適用于混合漿體的流變模型，并分析固相粒徑對流變特性的影響，為冰漿的實(shí)際應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料及裝置

1.1 固相和液相工質(zhì)

選用密度約為0.922 g/cm3的聚乙烯顆粒作為冰晶(密度為0.920 g/cm3)的替代顆粒，篩選三種粒徑的聚乙烯顆粒進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。每種粒徑隨機(jī)各取50顆樣品，用游標(biāo)卡尺(精度：±0.03 mm)測量每個(gè)樣品的粒徑，取平均值作為該組實(shí)驗(yàn)固相顆粒的實(shí)際尺寸，表1所示為樣品顆粒的測量結(jié)果。

表1 固相顆粒的樣品尺寸

液相為實(shí)驗(yàn)室自制純水，在冰漿的流動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)中，為避免冰晶聚集，通常會(huì)添加一些表面活性劑來增加冰晶在溶液中的分散性。因此，為使聚乙烯顆粒與水形成的固液混合漿體能夠達(dá)到和冰漿相似的分散效果，實(shí)驗(yàn)選用十二烷基硫酸鈉(SDS)作為表面活性劑，SDS購于麥克林官網(wǎng)，分析純。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

圖1所示為實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖，整個(gè)測量系統(tǒng)由載冷劑循環(huán)系統(tǒng)、壓降測試系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。圖2所示為實(shí)驗(yàn)裝置照片，該系統(tǒng)可用于冰漿的制取以及冰漿流動(dòng)換熱特性的測量。為研究顆粒粒徑對固液兩相流流動(dòng)特性的影響，采用聚乙烯顆粒代替冰晶顆粒。恒溫循環(huán)水槽是載冷劑循環(huán)系統(tǒng)中的主要儀器，型號為DL-3030，制冷量為1 000～3 000 W，實(shí)驗(yàn)過程中混合漿體的溫度控溫范圍為-30～50 ℃(精度：±0.01 ℃)。壓降測試系統(tǒng)主要包括儲(chǔ)存罐、攪拌電機(jī)、循環(huán)泵、電磁流量計(jì)、差壓變送器、熱電偶等。其中儲(chǔ)存罐的內(nèi)徑為60 cm，高為100 cm，材質(zhì)為不銹鋼，罐體上方設(shè)有加料口，便于添加實(shí)驗(yàn)材料，其余實(shí)驗(yàn)儀器的詳細(xì)參數(shù)如表2所示。實(shí)驗(yàn)過程中的流量、壓降、溫度等參數(shù)分別由電磁流量計(jì)、差壓變送器和熱電偶采集，并傳輸至電腦。數(shù)據(jù)采集設(shè)備采用智能設(shè)備監(jiān)控模塊，會(huì)實(shí)時(shí)展示、記錄和保存實(shí)驗(yàn)過程中所有的測量參數(shù)，記錄時(shí)間間隔為10 s。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置流程圖

圖2 實(shí)驗(yàn)裝置照片

表2 實(shí)驗(yàn)儀器參數(shù)

實(shí)驗(yàn)壓降測量管段的詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖3所示。測量段為水平放置的高透明有機(jī)玻璃直圓管，圓管外徑為32 mm，壁厚為2 mm，長度為3.6 m。壓降的測量距離為1 m，為避免流體擾動(dòng)對測壓值產(chǎn)生影響，測壓段前設(shè)有長為1.8 m的入口段，測壓段后為0.8 m的出口段。熱電偶設(shè)置在測試段前后兩處，取兩處測量的平均值作為混合漿體的實(shí)驗(yàn)溫度。測量管段前后通過PVC軟管與實(shí)驗(yàn)裝置相連。

圖3 實(shí)驗(yàn)測量段詳細(xì)結(jié)構(gòu)

1.3 固液兩相流溶液的配制及實(shí)驗(yàn)工況

先用電子計(jì)重秤(型號：ZCS，精度：±1 g)稱取一定質(zhì)量的純水，從加料口倒入儲(chǔ)存罐中，使純水的液面沒過攪拌葉片約10 cm；再用電子天平(型號：CP512C，精度：±0.01 g)稱取一定質(zhì)量的SDS加入儲(chǔ)存罐中。打開攪拌電機(jī)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)至150 r/min，攪拌制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的SDS溶液作為固液兩相流的液相工質(zhì)。然后用電子計(jì)重秤按照實(shí)驗(yàn)設(shè)定固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱取一定質(zhì)量的聚乙烯顆粒，配置聚乙烯顆粒與SDS溶液的混合漿體。調(diào)節(jié)調(diào)頻器改變循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)旁通管上閥門的開合大小來控制漿體在測試管內(nèi)的體積流量，并通過電磁流量計(jì)測量。根據(jù)體積流量及有機(jī)玻璃圓管的內(nèi)徑能夠計(jì)算得到漿體在管道內(nèi)的流速。實(shí)驗(yàn)中，控制流速為0.05～0.95 m/s，每間隔0.1 m/s進(jìn)行一次測量，固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)選取為0%、5%、 10%、15%和20%。

1.4 實(shí)驗(yàn)臺驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)裝置由本課題組自行設(shè)計(jì)安裝。為驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，使用該裝置測量常溫條件自來水在管道內(nèi)的流動(dòng)壓降，將實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果(理論計(jì)算公式見文獻(xiàn)[27])進(jìn)行對比。

已知25 ℃時(shí)，自來水的密度為997 kg/m3，運(yùn)動(dòng)黏度為0.917×10-6m2/s。理論值與實(shí)驗(yàn)值對比如圖4所示，實(shí)驗(yàn)測得壓降與理論壓降的最大相對偏差小于7%，在合理的范圍內(nèi)，實(shí)驗(yàn)裝置的可靠性得以驗(yàn)證。

圖4 實(shí)驗(yàn)壓降與理論壓降的對比

1.5 實(shí)驗(yàn)誤差分析

實(shí)驗(yàn)過程中存在多個(gè)直接和間接測量值，其中，直接測量值質(zhì)量m、實(shí)驗(yàn)管段的長度L、實(shí)驗(yàn)管段的內(nèi)徑D、體積流量Q、流動(dòng)壓降Δp的相對誤差分別為0.003%、0.02%、0.02%、0.5%和0.06%。根據(jù)誤差傳遞公式可得間接測量值相對誤差，間接測量值流速U、流動(dòng)阻力系數(shù)λ、剪切應(yīng)力τ、剪切速率γ的相對誤差分別為0.5%、0.5%、0.07%和0.5%。

2 固液兩相流的流變模型

流體在水平圓管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，壁面剪切應(yīng)力與剪切速率滿足如下關(guān)系：

(1)

(2)

式中：τw為壁面剪切應(yīng)力，Pa；D為管徑，m；L為管長，m；U為流速，m/s；γw為壁面剪切速率，s-1。

冰漿為牛頓流體時(shí)，其剪切應(yīng)力與剪切速率呈線性關(guān)系：

τw=μγw

(3)

式中：μ為動(dòng)力黏度，Pa·s。

冰漿為非牛頓流體時(shí)，常用的4種流變模型[16]剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系式如表3所示，此處的剪切速率是將漿體視為牛頓流體時(shí)的剪切速率。Power Law模型和H-B模型中的n和k分別代表流變指數(shù)和流變系數(shù)。n的大小能夠反映冰漿偏離牛頓流體的程度，當(dāng)n=1時(shí)，漿體表現(xiàn)為牛頓或Bingham流體；當(dāng)n<1時(shí)，漿體表現(xiàn)為剪切稀化流體，即假塑性流體；當(dāng)n>1時(shí)，漿體表現(xiàn)為剪切增稠流體，即脹塑性流體。k的大小可以反映冰漿黏度的大小。根據(jù)剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系，繪制各模型的流變曲線，如圖5所示。

表3 4種常用的非牛頓流體流變模型

圖5 牛頓流體與4種常用的非牛頓流體模型的流變曲線

3 結(jié)果與討論

3.1 剪切應(yīng)力與剪切速率

根據(jù)不同固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)及流速下，實(shí)驗(yàn)測量的壓降值，利用式(1)和式(2)分別計(jì)算出三種粒徑下，混合漿體的剪切應(yīng)力與剪切速率，如圖6所示?？梢缘贸鲆韵陆Y(jié)論：1)在剪切速率和固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變的情況下，增大固體顆粒粒徑會(huì)引起剪切應(yīng)力的增加；

圖6 剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系

2)對比圖中同一剪切速率不同固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)下剪切應(yīng)力的差值，可知該差異會(huì)隨著剪切速率先減小再增加；3)混合漿體在流動(dòng)過程中的剪切應(yīng)力基本隨著剪切速率的增大而呈增大的趨勢，但也可能會(huì)出現(xiàn)特殊的情況，當(dāng)剪切速率增大時(shí)，剪切應(yīng)力反而減小，這些特殊的點(diǎn)在圖中圈出，出現(xiàn)該現(xiàn)象可能是因?yàn)殡S著混合漿體流動(dòng)速度的增加，流動(dòng)形態(tài)發(fā)生變化引起的。合理利用這樣的特殊狀態(tài)點(diǎn)，可以在提高固液兩相混合漿體輸運(yùn)效率的同時(shí)降低流動(dòng)阻力。

3.2 流變模型的適用性分析

1)H-B模型

根據(jù)混合漿體剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系，首先選擇H-B模型進(jìn)行擬合，如圖6(a)～(c)所示，擬合得到的流變曲線與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有較好的一致性。流變曲線在縱坐標(biāo)軸上的截距表示漿體屈服應(yīng)力的大小。當(dāng)固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0時(shí)，三種粒徑下，混合漿體的流變曲線幾乎都經(jīng)過原點(diǎn)，即屈服應(yīng)力為0 Pa，所以認(rèn)為單相溶液符合Power Law模型的流變特性；當(dāng)固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0時(shí)，混合漿體的屈服應(yīng)力會(huì)隨著固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)和顆粒粒徑的增大而增大。一方面是因?yàn)楣腆w顆粒的增多會(huì)使混合漿體的黏度逐漸增大，另一方面是因?yàn)榱捷^大的顆粒在液相中所受的浮力較大，延長了固相顆粒在管道頂部的停滯時(shí)間，導(dǎo)致漿體流動(dòng)起來需克服的應(yīng)力增大。各粒徑下混合漿體通過H-B模型擬合得到的屈服應(yīng)力如表4所示。

表4 H-B模型擬合得到的屈服應(yīng)力

2)Bingham和Power Law模型

由圖6(a)～(c)可知，流變曲線的非線性增長主要表現(xiàn)在剪切速率較高的情況下，當(dāng)剪切速率較低時(shí)，可以認(rèn)為曲線基本呈線性增長，剪切速率較高的部分對擬合相關(guān)系數(shù)的影響大于剪切速率較低的部分，低剪切速率段的流變曲線受高剪切速率段的影響會(huì)呈現(xiàn)上揚(yáng)的趨勢，所以直接使用H-B模型進(jìn)行擬合會(huì)高估混合漿體的屈服應(yīng)力。

為避免流變模型對混合漿體屈服應(yīng)力的高估，我們提出對固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0的混合漿體的流變曲線進(jìn)行分段擬合(圖6(e)～(f))。以混合漿體滿足安全輸送的臨界流速(漿體轉(zhuǎn)化為懸浮流動(dòng)時(shí)的速度)為分界點(diǎn)，前半段采用Bingham模型進(jìn)行擬合，獲得混合漿體的屈服應(yīng)力；后半段采用Power Law模型進(jìn)行擬合，分析混合漿體的流變特性。

本實(shí)驗(yàn)中，粒徑為0.31、0.43、0.51 mm的混合漿體滿足安全輸送的臨界流速分別為0.35、0.45、0.45 m/s。表5 所示為各粒徑下混合漿體通過Bingham模型擬合得到的屈服應(yīng)力。與H-B模型擬合的結(jié)果(表4)相比，可以發(fā)現(xiàn)在流速較低時(shí)，Bingham模型的精確度要高于H-B模型，Bingham模型得到屈服應(yīng)力的較小，這與王福晉[28]的研究結(jié)論一致，而在流速較大時(shí)，H-B模型誤差更小。這可能是由于流動(dòng)速度大小不同時(shí)，混合漿體流動(dòng)形態(tài)不同導(dǎo)致。

表5 Bingham模型擬合得到的屈服應(yīng)力

根據(jù)Power Law模型的擬合結(jié)果(圖6(e)～(f))，繪制出混合漿體的流變指數(shù)和流變系數(shù)與固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)和粒徑的關(guān)系，如圖7所示。混合漿體的流變指數(shù)n總是大于1，說明混合漿體為脹塑性流體，并未發(fā)現(xiàn)固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)和粒徑對流變指數(shù)一致的趨勢性影響規(guī)律(圖7(a))。當(dāng)顆粒粒徑不變時(shí)，混合漿體的流變系數(shù)會(huì)隨著固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而增大(圖7(b))，說明固體顆粒的增多會(huì)使混合漿體的黏度增大，這與M. Darbouret等[25]得到的結(jié)論一致。同時(shí)文獻(xiàn)[25]還發(fā)現(xiàn)在相同固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，Ⅰ型TBAB水合物比Ⅱ型TBAB水合物的黏度低。即粒徑較小時(shí)的流變系數(shù)低于粒徑較大時(shí)的流變系數(shù)，這與圖7(b)也較為相似。當(dāng)固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于15%時(shí)，粒徑對混合漿體黏度的影響較為顯著，流變系數(shù)隨粒徑的增大基本呈增大的趨勢；當(dāng)固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于15%時(shí)，三種混合漿體的流變系數(shù)相差較小，因此認(rèn)為當(dāng)固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到一定值時(shí)顆粒粒徑對混合漿體黏度的影響會(huì)減弱，這與A. Kitanovskid等[26]的觀點(diǎn)較為相似，他認(rèn)為在均質(zhì)流中，粒徑對漿體黏度的影響很小，而Power Law段正好處于安全輸送流速區(qū)域，因此，流變系數(shù)相差較小。但同時(shí)不應(yīng)忽略固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)對黏度的影響。

圖7 流變指數(shù)、流變系數(shù)與固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系

3.3 混合漿體的流動(dòng)阻力系數(shù)

1)實(shí)驗(yàn)測量流動(dòng)阻力系數(shù)

根據(jù)達(dá)西公式[27]，得到混合漿體在水平有機(jī)玻璃圓管內(nèi)的流動(dòng)阻力系數(shù)。圖8所示為不同粒徑的混合漿體在不同流速下阻力系數(shù)的變化規(guī)律。在固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)和粒徑一定的條件下，混合漿體的阻力系數(shù)基本隨著流速增加呈逐漸減小的趨勢。在低流速區(qū)，高固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)下混合漿體的流動(dòng)阻力系數(shù)與低固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)下的相比，出現(xiàn)大幅增長。這是因?yàn)榱魉僭降?、固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，固相顆粒越容易在管道頂部堆積聚集，顆粒與管壁之間的摩擦作用不斷增強(qiáng)，從而增大了能量損耗。

圖8 流動(dòng)阻力系數(shù)與流速的關(guān)系

為了清晰地觀察固相顆粒粒徑對流動(dòng)阻力系數(shù)的影響，選取流速在0.25～0.95 m/s內(nèi)，固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為5%和20%時(shí)的阻力系數(shù)進(jìn)行對比，如圖9所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，在流速和固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同的情況下，混合漿體的阻力系數(shù)會(huì)隨著固相粒徑的增大而增大。

圖9 三種粒徑混合漿體阻力系數(shù)的對比

2)理論計(jì)算流動(dòng)阻力系數(shù)

由上節(jié)可知，混合漿體會(huì)表現(xiàn)出非牛頓流體的特征。針對不同的流變特性，可以通過不同的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出冰漿的流動(dòng)阻力系數(shù)。當(dāng)漿體表現(xiàn)為Bingham流體[19-20]時(shí)，公式如下：

(4)

(5)

(6)

(7)

式中：Reb為Bingham流體的雷諾數(shù)；Heb為赫斯特羅姆數(shù)；τb為屈服應(yīng)力，Pa；ρsl為冰漿的密度，kg/m3；μsl為冰漿的動(dòng)力黏度，Pa·s。

當(dāng)漿體表現(xiàn)為Power Law流體，層流時(shí)的流動(dòng)阻力系數(shù)的計(jì)算公式和湍流公式如下[23]：

(8)

(9)

(10)

式中：Rep為Power Law流體的雷諾數(shù)；np為流變指數(shù)；kp為流變系數(shù)。

冰漿類兩相流的流動(dòng)非常復(fù)雜，關(guān)于其流態(tài)還未確定統(tǒng)一的劃分標(biāo)準(zhǔn)。因此，本文參照文獻(xiàn)[17,20]，認(rèn)為混合漿體流態(tài)變化的臨界雷諾數(shù)為3 000?；贐ingham和Power Law模型，預(yù)測混合漿體在水平圓管內(nèi)的流動(dòng)阻力，與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行對比，如圖10所示。由圖10可知，用Bingham模型預(yù)測的阻力系數(shù)與實(shí)驗(yàn)值之間的誤差較大(圖10(a))，最大相對誤差達(dá)90%，這是因?yàn)楫?dāng)流速較低時(shí)，固相顆粒無法充分分散在載流液體中，混合漿體處于非均質(zhì)流動(dòng)的狀態(tài)，固相顆粒的非均勻性的分布使得漿體的流動(dòng)阻力激增，導(dǎo)致預(yù)測值與實(shí)驗(yàn)值的誤差增大。圖10(b)中Power Law模型阻力系數(shù)的預(yù)測值與實(shí)驗(yàn)值之間取得了良好的一致性，相對誤差可控制在±12%以內(nèi)。

圖10 理論摩擦阻力系數(shù)與實(shí)驗(yàn)?zāi)Σ磷枇ο禂?shù)對比

4 結(jié)論

選用密度約為0.922 g/cm3的聚乙烯顆粒作為固相，固相顆粒的平均粒徑分別為0.31、0.43、0.51 mm，測量固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0～20%范圍內(nèi)，流速由0.05 m/s變化至0.95 m/s時(shí)，混合漿體在水平圓管內(nèi)的流動(dòng)壓降。根據(jù)漿體剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系，結(jié)合流變模型，分析了在保證固相顆粒粒徑大小不變的情況下，固相顆粒粒徑大小對冰漿類固液兩相流流變特性的影響，得到結(jié)論如下：

1)在剪切速率和固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變的情況下，顆粒粒徑從0.31 mm增至0.51 mm會(huì)引起混合漿體剪切應(yīng)力的增加。當(dāng)顆粒粒徑和固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)一定時(shí)，漿體的剪切應(yīng)力整體基本呈現(xiàn)出隨剪切速率增大而增大的趨勢，但在某處可能會(huì)出現(xiàn)剪切速率增大，如粒徑為0.31 mm，固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%，剪切速率為71.43 s-1時(shí)，但剪切應(yīng)力減小的現(xiàn)象，這可能是因?yàn)殡S著流速的改變，混合漿體流動(dòng)形態(tài)發(fā)生變化引起的。利用這樣的狀態(tài)點(diǎn)，能夠達(dá)到提高固液混合漿體顆粒輸運(yùn)效率同時(shí)降低流動(dòng)阻力的目的，在實(shí)際工程中會(huì)有較好的應(yīng)用。

2)對混合漿體的流變曲線前半段采用Bingham模型擬合，后半段采用Power Law模型擬合，這樣有利于避免高估屈服應(yīng)力。同時(shí)，得到的屈服應(yīng)力隨著固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及粒徑的增大而增大。漿體表現(xiàn)為剪切增稠流體，其流變指數(shù)總是大于1，在顆粒粒徑一定的情況下，漿體的流變系數(shù)會(huì)隨著固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而增大。當(dāng)混合漿體的固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)較少時(shí)，粒徑對流變系數(shù)影響較為顯著，流變系數(shù)會(huì)隨著粒徑的增大而增大，而當(dāng)固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸增多時(shí)，粒徑對流變系數(shù)的影響會(huì)逐漸減弱。

3)混合漿體的阻力系數(shù)會(huì)隨著顆粒粒徑增加、固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高以及流速降低而增加。基于Bingham和Power Law模型，分別預(yù)測了混合漿體在低流速以及高流速下的流動(dòng)阻力系數(shù)。其中Power Law模型能夠較為精確的預(yù)測混合漿體在較高流速下的阻力系數(shù)，最大相對誤差小于12%；由于流動(dòng)形態(tài)的影響，Bingham模型在低流速下的預(yù)測值與實(shí)驗(yàn)值之間的誤差相對較大，最大相對誤差可達(dá)到90%。

本文受蘇州市科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(SNG2018045)和江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目青年基金項(xiàng)目(BK20170382)資助。(The project was supported by Suzhou Science and Technology Development Plan Project(No.SNG2018045)and Natural Science Foundation Project Youth Foundation Project in Jiangsu Province(No.BK20170382).)