城市脱水污泥的壁面滑移与真实流变研究

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污泥管道输送的发展,要求高效、节能、环保。这就限定了所输送污泥要具有适宜的含水率,较好的可泵性和流动性,这些直接取决于污泥的流变特性。因此,对污泥这种非牛顿流体进行研究,探讨其流动特性、流变特性和滑移效应,对研究污泥管道输送的滑移特性和减阻特性具有指导意义。本文通过理论分析与试验研究相结合,系统地研究了城市脱水污泥屈服特性、滑移特性、真实流变特性,主要取得以下成果。  (1)在理论分析的基础上,通过应用旋转流变试验与直线标记法,试验前期采用博勒飞旋转流变仪(R/S+CPS)、高速摄像机等试验设备直接观察滑移现象的发生情况,从而了解污泥自由表面流动情况。结合稳态扫描试验得到剪切应力一剪切速率数据是否对平行板间距的有依赖性,以及松弛应力对剪切速率是否有依赖性,间接判断滑移的发生情况。同时结合直接与间接的方法,提高了判别任意工况下污泥滑移现象存在与否的可信度。结果表明,含水率78.2%~86%内的污泥发生了显著的滑移现象,而对于含水率88.7%及其以上的污泥未见明显的滑移现象。通过松弛应力试验,还发现较低含水率污泥的松弛应力随着剪切速率的增大而减小,较高含水率污泥的松弛应力随着剪切速率的增大而趁于恒定,也即是该试验范围内的污泥存在一个屈服应力,并且含水率越低,屈服应力值越大。  (2)试验中期采用AR2000旋转流变仪对三种不同含水率(79.1%、80.5%、82.3%)的脱水污泥进行了4种不同温度下的稳态扫描试验;试验后期采用DHR-2旋转流变仪对六种不同含水率(78.2‰88.8%)的脱水污泥进行了稳态扫描试验。结果表明,滑移现象是污泥这类非牛顿流体固有的特殊流动现象。本文通过分别只恒定温度、含水率两个因素的稳态试验,对污泥壁面滑移的单因素影响进行探究。得到结果,其壁面滑移速度随着温度、含水率的升高而增大,这有利于管道输送。污泥的壁面滑移速度随着壁面剪切应力的增大而增大,在低剪切区间内表现出单一的线性关系,且滑移系数a都随着温度升高、含水率增加而增大;在较高剪切区间内,表现出非线性关系,且滑移系数a都随着温度的升高、含水率增加而减小,而滑移指数p随着温度的升高、含水率增加整体趋势是增加。同时,通过对温度、剪切应力、含水率三个因素各取三个水平得到9组正交数据,并对这9组数据进行多元非线性回归,得到了滑移速度的多因素影响耦合公式 U.=6.6749×10-119 T08847 T1689E40326r.  (3)本文最后通过拟舍得到污泥的真实流变方程,型妇幂律模型r=ry+Ky”,并且探讨了温度、含水率对污泥真实流变特性的影响规律。结果表-,流动指数胛<1,所研究污泥属于伪塑性流体,且稠度系数五和流动指数,z都随着含水率的增加、温度的升高而总体呈减小趋势。污泥的真实剪切速率远小于表观剪切速率,从而实际剪切粘度远大于表观剪切粘度,而且随着污泥含水率的减小以及温度的升高,其非牛顿流体特性越显著,壁面滑移效应的增强。通过比较分析温度、含水率对临界壁面剪切应力和屈服应力lyj影响,在考虑保障污泥适宜输送效率下,通过升高温度和提高管流速度的方法来提高污泥输送效率。
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