2024年4月4日发(作者：最好玩的游戏排名第一)

第３２卷第５期　

Ｖｏ１．３２　Ｎｏ．５　２０１１　

青岛理工大学学报　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｑｉｎｇｄａｏ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　

浆体的管道输送阻力机理及减阻技术　

陆　海Ｌ　，尹　军　，袁一星　，吕　谋。　

（１．哈尔滨工业大学市政环境工程学院，哈尔滨１５００９０；２．吉林建筑工程学院市政与环境工程学院，　

长春１３０１１８；３．青岛理工大学环境与市政工程学院，青岛２６６０３３）　

摘要：浆体的流动阻力是浆体输送管道设计的重要参数，其大小直接影响到输送的费用．因此研究不同流态　

下浆体的流动阻力机理并采用适当的减阻技术具有非常重要的意义．在总结国内外对管道中浆体流动状态　

分析的基础上，对完全分层和完全混合两种流动状态下的阻力机理进行了探讨；针对影响浆体流动阻力的影　

响因素，对适当粒径级配减阻、减阻剂减阻、升温减阻等减阻技术做出了分析总结．　

关键词：浆体；管道输送；流动状态；阻力；减阻　

中图分类号：ＴＶ９１　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７３－４６０２（２０１１）０５－－００９０－－０６　

Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ　ａｎｄ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　

Ｓｌｕｒｒｙ　ｉｎ　Ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ　

ＬＵ　Ｈａｉ　¨，ＹＩＮ　Ｊｕｎ　一，ＹＵＡＮ　Ｙｉ—ｘｉｎｇ　，ＬＵ　Ｍｏｕ。　

（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＭｕｎｉｃｉｐａｌ　ａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５００９０，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ　

ｏｆ　Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉｌｉｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ｎｄ　Ｃｉａｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　１３０１１８，　

Ｃｈｉｎａ；３．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｑｉｎｇｄａｏ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ　２６６０３３，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｓｌｕｒｒｙ　ｉｎ　ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ　ｉｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｉｎ　ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　ａ　ｓｌｕｒ—　

ｒｙ－ｃｏｎｖｅｙｉｎｇ　ｐｉｐｅｌｉｎｅ，ｗｈｏｓｅ　ｓｉｚｅ　ａｆｆｅｃｔｓ　ｔｈｅ　ｃｏｓｔ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｌｕｒｒｙ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｉｔ　ｉｓ　

ｏｆ　ｇｒｅａｔ　ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ　ｔｏ　ｓｔｕｄｙ　ｔｈｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ　ａｎｄ　ａｄｏｐｔ　ｐｒｏｐｅｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｉｎ　ｒｅ—　

ｄｕｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｓｌｕｒｒｙ　ｉｎ　ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ．Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ　ｏｆ　ｂｏｔｈ　ｆｕｌｌｙ　ｓｔｒａｔｉｆｉｅｄ　

ｆｌｏｗ　ａｎｄ　ｆｕｌｌｙ　ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ　ｆｌｏｗ　ｗｅｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｆｌｏｗ　ｓｔａｔｅ　ｏｆ　ｓｌｕｒ—　

ｒｙ　ｉｎ　ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ　ｂｏｔｈ　ａｔ　ｈｏｍｅ　ａｎｄ　ａｂｒｏａｄ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｔｉａｌ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｎ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　

ｓｌｕｒｒｙ　ｉｎ　ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ，ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｏｆ　ｒｅｄｕｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｂｙ　ａｄｊ　ｕｓｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｉｚｅｓ　ｏｆ　ｐａｒｔｉｃｌｅｓ，　

ａｄｄｉｎｇ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｒｅｄｕｃｅｒｓ　ａｎｄ　ｒａｉｓｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ　ｗｅｒｅ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｌｕｒｒｙ；ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｏｎ　ｉｎ　ｐｉｐｅｌｉｎｅ；ｆｌｏｗ　ｓｔａｔｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　

浆体通常是指含有一定量细小固体颗粒的沉降性固液两相混合体．浆体的管道输送则是将管流作为　

载体对固体颗粒进行输送的水力行为，该方法具有输送能力强、清洁卫生等优点，在发电、冶金、采煤、城市　

污水处理等工业固体原材料及产品的输送过程中广泛应用．浆体的管道输送过程中流动阻力的大小，直　

接影响到浆体的流动性和压力损失，是输送费用的重要影响因素，因此，研究不同流态下浆体流动的阻力　

机理，采用适当的减阻技术，将有利于改善浆体的流动性，降低浆体输送过程的能耗．　

收稿日期：２０１０—１１—０５　

基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项子课题（２００８ＺＸ０７２０７—００５—００４；２００８ＺＸ０７２０７—００５—００５）　

作者简介：陆海（１９８１一　），男，黑龙江克东人．博士，讲师，研究方向为给水管网优化．Ｅ－ｍａｉｌ：ｈａｉｍｍｌｌＯ＠１２６．ｃｏｍ，　

＊通讯作者（Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ａｕｔｈｏｒ）：尹军，男，博士，教授，博士生导师．Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｉｔｊｕｎｙｉｎ＠１６３．ｃｏｒｎ．　

第５期　陆海，等：浆体的管道输送阻力机理及减阻技术　

１　浆体输送过程流动状态　

浆体的流动状态对管道输送过程中流动阻力的大小有很大影响，原因是不同流动状态下流动阻力产　

生的机理不尽相同，因此，应通过试验测定分析浆体的各种流动状态进行阻力机理的研究＿１］．　

ｖ．Ｍａｔｏｕｓｅｋ［。］指出，在同等条件下，水平输送管道中含不同粒径固体颗粒的浆体随平均流速的变化　

呈现出三种流动状态：完全分层、半分层及完全混合状态．当输送流速较低时，由于重力影响，固体颗粒将　

分选沉降，因此在竖直方向颗粒分布不均，大部分颗粒聚积于管道底部，形成沿管底缓慢滑行的“滑动床”，　

而管顶部分含有固体颗粒较少，此时出现明显的分层流动，流动阻力较大且容易产生淤积；在较高流速下，　

受水流冲击力影响固体颗粒较均匀地分布于管道之中，虽能使固体颗粒保持悬浮而不至于淤塞管道，但在　

紊流状态下流动阻力随流速的平方成比例迅速增大，输送费用也随之增高＿２　］．　

流动状态通常可以用竖向浓度分布曲线来反映．例如，根据Ｖ．Ｍａｔｏｕｓｅｋ［１］在１５０　ｍｍ钢管中对体积　

浓度均为３４９／６的含沙水流流动状态的研究，如图１所示，当流速为６　ｍ／ｓ时，细沙（　一０．１２　ｒａｍ）的分层　

流动被破坏，几乎处于完全混合状态，形成了浓度较为均匀的均质流体；中沙（　一０．３７　ｍｍ）处于分层流动　

状态，管底沙粒浓度约为管顶浓度的２～３倍；中、细混合沙表现为与细沙相类似的完全混合状态．　

Ｄ．Ｒ．Ｋａｕｓｈａｌ等人在５４．９　ｍｍ钢管中对粒径为０．１２５　ｍｍ的玻璃球颗粒的试验也得到了与上述类似的　

结论，如图２所示［４］，不同流速下浆体处于不同的流动状态，当流速较小（　一１．０　ｍ／ｓ及　＝＝＝２．０　ｍ／ｓ）时，　

浆体分别处于完全分层和半分层状态，而当流速较大（大于等于３　ｍ／ｓ）时，颗粒浓度分布较均匀，流动处　

于完全混合状态．　

９　

星　

匠　

局部浓度ｃＵ　

局部浓度与平均浓度２＿Ｌｔ（　／ｃ　ｆ）　

图１流速６　ｍ／ｓ时不同粒径沙粒竖向浓度分布“　

图２浓度１０％时不同流速下颗粒竖向浓度分布　

◆细砂；－中砂；▲混合砂　

◆１ｍ／ｓ：＿２　ｎｔｉｓ．▲３Ｉｎ／ｓ；・４ｍ／ｓ；●５ｍ／ｓ　

２阻力机理探讨　

浆体在输送过程中产生的阻力作用主要分为两种［Ｌ引：一种是由于固体颗粒直接与管壁产生持续或　

偶尔的接触而产生的机械摩擦力，另一种是由于颗粒的介入，提高浆体中颗粒载体（水等液体）的黏性所产　

生的较大的黏性摩擦力．至于哪种阻力作用处于主导地位，要依据浆体的流动状态来确定．完全分层流动　

状态下，固体颗粒绝大多数沉积于管底，因此由颗粒与管壁接触产生的机械摩擦力占主导地位；而完全混　

合状态下，阻力的产生，一方面由于存在于管壁附近的悬浮固体颗粒与管壁及其他颗粒之间的相互碰撞，　

另一方面是由于固体颗粒较均匀地分布于液态载体中，随着载体黏性增大而产生了较大的黏性摩擦力；半　

分层状态下流动阻力的机理介于完全分层和完全混合状态之间，这里不加以详细探讨．　

２．１完全分层状态下阻力机理　

完全分层状态下，大部分固体颗粒沉降于管底而形成沿管壁滑行的“滑动床”，浆体输送过程中阻力主　

９２　青岛理工大学学报　第３２卷　

要源于该“滑动床”与管壁之间产生的机械摩擦力．Ｋ．Ｃ．Ｗｉｌｓｏｎ等人［６ｑ］对完全分层状态下的阻力特征进　

行了研究，提出了作用于管壁的压应力符合静水压力分布特点的假设，并根据库伦定律，进一步提出管壁　

上的剪应力与压应力成比例，并且此剪应力对阻力起主导作用．　

然而由于诸多干扰因素的存在，Ｋ．Ｃ．Ｗｉｌｓｏｎ关于完全分层状态下的阻力机理只在两种情况下得到　

了证实．一是Ａ．Ｃ　ＫｏｒｖｉｎｇＩｓ］对圆管中含高浓度均匀细沙的浆体进行的试验研究，试验中采用的细沙直　

径为０．１０３　ｍｍ，试验管段直径为１５８　ｍｍ，如图３所示，试验结果能较好地与Ｗｉｌｓｏｎ的阻力模型预测结　

果吻合；另一情况是Ｖ．Ｍａｔｏｕｓｅｋ［１］在倾斜圆管中进行的完全分层流动试验，结果表明，细沙与水流形成　

较清晰的分界面，细沙的流速与水流流速几乎同样大小，并且沙粒之间基本保持相对静止．这说明细沙与　

水基本不存在相对运动，因此在它们的交界面也就几乎不存在剪应力，由此推断，只有细沙与管壁相对滑　

动时产生的机械摩擦力，能与“滑动床”所受重力分力相平衡．另外，此机械摩擦力的大小与“滑动床”的质　

量有直接关系，分层越完全机械摩擦力也就越大．　

繁　

醛　

平均流速ｖＪ（ｍ・Ｓ－１）　

管径ｄ／ｍｍ　

图３　Ｋｏｒｖｉｎｇ￣验结果与Ｗｉｌｓｏｎ模型预测结果　

◆试验水；口试验１　７３０ｋｇ／ｍ３；▲试验１　７８０ｋｇ／ｍ　；　

图４望云煤两种煤样级配　

试验１　８００ｋｇ／ｍ　；．．ＷｉｌｓｏｎＴＪ￣；》Ｗｉｌｓｏｎ　ｌ　７３０ｋｇ／ｍ　；　

・Ａ｛爱配；◆Ｂ级配　

◆Ｗｉｌｓｏｎ　１　７８０　ｋｇ／ｍ　：ｏ　Ｗｉｌｓｏｎ　１　８００　ｋｇ／ｍ　

２．２完全混合状态下阻力机理　

完全混合状态下，阻力的作用产生于两个方面：即悬浮固体颗粒与管壁及其他颗粒之间的相互碰撞所导致　

的机械摩擦力，以及随着载体黏ｌ生增大而产生的较大的黏陛摩擦力．　

不同粒径固体颗粒引起阻力的机理差别很大＿９］．由于具有较大的体积，大粒径固体颗粒与管壁及大粒径固　

体颗粒之间碰撞的机会较多，因此作用效果比较明显，由此产生的机械摩擦阻力也相应较大．但大粒径固体颗粒　

在管道中的运动又可分解为平移和旋转＿１　．平移过程中在颗粒后方会产生小于颗粒前端的压力差，从而产生阻　

力；旋转时，根据马格纳斯效应［１０ｊ，大粒径固体颗粒Ｅ方的流速增大而下方的流速减小，因而颗粒上下方的流体　

就产生压力差，从而产生了上举力，使颗粒匕浮．如果固体颗粒表面粗糙，会使上举力增加，颗粒与管底碰撞几率　

减少，阻力减小．对于小粒径固体颗粒而言［４　，由于粒径较小，一部分颗粒沉积于管底并受到管底粗糙的保护，　

几乎不受紊动水流及上举力的影响，这样就减少了颗粒与管壁及颗粒之间的碰撞，因此这一小部分小粒径固体　

颗粒几乎不会引起流动阻力．通过这些颗粒可改善管底的粗糙程度，增加边界层的厚度，有利于减小阻力．但其　

余小粒径固体颗粒由于分布于载体之中，因此增大了液态载体的黏度，从而增加管内流体之间黏陛摩擦力．　

３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３Ｏ　～　

４Ｏ　）及高浓度浆体（体积比约为５０　～６Ｏ　）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　

第５期　陆海，等：浆体的管道输送阻力机理及减阻技术　９３　

力［４　０］．如单纯地输送高浓度小粒径固体颗粒［１０］，由于增大了流体的黏陛，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．　

Ｄ　Ｒ　ＫａｕｓｈａｌＥ４￣在管径为５４．９　ｒｎｒｆｌ的管道中，对由粒径为０．１２５　ｉＹｌｒｎ及０．４４　ｒｎｎｌ的玻璃球颗粒组成的两相　

流进行了流动阻力试验，不同浓度下水力坡度的试验数据见表１—３．由试验结果可见，大多数隋况下，０．１２５　ｉｎｎ２　

与０．４４　ｒｎｌｎ混合颗粒两相流的水力坡度较小，尤其当浓度较高（体积比４０　及５ｏ　）时．　

费祥俊［１０］对高浓度煤浆的管道输送的试验结果表明，煤样的级配对流动阻力有很大影响，两种煤样级配的　

环管试验结果如图４及图５所示，Ｂ级配煤样的粒径范围较宽，最大粒径可达到３．０　ｍｎｌ，与Ａ煤样相比有一定　

比例的大粒径煤粉颗粒，因此大小颗粒相互掺混，可增加煤浆的流动性，降低在管道输送中的阻力．而Ａ级配煤　

浆粒径范围狭小，主要集中在０～１．０　ｒｎｌＴｌ之间，因此容易形成黏度较大的均质混合流体，虽然提高了煤浆的稳定　

性，但却增加了流动阻力．由此可见，调整浆体中固体颗粒的粒径级配是减小流动阻力的有效方法，然而由于浆　

体的种类及性质各异，尚很难给出—个固定的合理粒径级配，但可通过对特定的浆体进行流变试验和沉降试验，　

得到比较满意的粒径级配．　

表１　０．１２５　ｍｉｌｌ颗粒不同浓度下的水力坡度ｒ　］　

Ｖｍ／　Ｃ　ｆ　／Ｘｔ，／Ｌ／　ｃ　ｆ　／Ｘｐ／Ｌ／　Ｃ　７　／ｘ１，／Ｌ／　ｃ　ｆ　／Ｘ１，／Ｌ／　ｃ　｜　／Ｘｐ／Ｌ／　

（ｍ・Ｓ－－１）　（Ｐａ・ｍ一１　（Ｐａ・ｍ一１）　％（Ｐａ・ｍ一１）　（Ｐａ・ｍ一　）　（Ｐａ・ｍ一１）　

１　９．４０　２６１　１９．２２　３４１　３Ｏ．３Ｏ　３７３　——　１５４３　

２　１Ｏ．Ｏ６　８４７　２Ｏ．４８　１０５１　３Ｏ．Ｏ２　１０３７　４１．１０——　５１．７０　２０９９　

３　１０．４１　１７５４　２Ｏ．４０　１９８１　３１．１９　２０３７　３８．９５　２４２０　４９．２４　３０８２　

４　１Ｏ．４４　２８６８　１９．５２　３２６３　３０．７５　３２９１　４０．６４　３８６５　４８．５６　４７５０　

５　１Ｏ．９３　４１５３　２０．４５　４６６６　３Ｏ．２４　４８５１　３９．５６　５７６１　４８．９６　６５９５　

表２　０．４４　ｌｎｎｌ颗粒不同浓度下的水力坡度　

ｖｍ／　ｃｄ？　／ｋｐ／Ｌ／　Ｃ　｜　／ｘｐ／Ｌ／　ｃ　｜　／Ｘｔ，／Ｌ／　｜　／ＸＩ，／Ｌ／　ｃ　｝　／Ｘｐ／Ｌ／　

（ｍ・￥－－１）　％（Ｐａ・ｍ～１］　％（Ｐａ・ｍ一１）　％（Ｐａ・ｍ一１）　（Ｐａ・ｍ一１）　（Ｐａ・ｍ一１）　

１　９．７７　８２４　２２．２９　１７４２　３３．９１　３４９５　

２　８．５４　ｌＯ６１　２１．１３　１５６７　３２．３１　３４３３　

３　９．３９　１７ｏｏ　２１．６８　１９６６　３Ｏ．０１　２４７８　４１．５９　３６１４　

４　１０．３８　２５７６　２Ｏ．１２　２７０５　３Ｏ．Ｏ２　２７９４　４２．４７　３４８０　４８．９７　７２５３　

５　８．６２　３７１５　１８．７７　３８５４　３０．７０　３９３４　４１．１８　４００９　４９．６７　５６５２　

表３　０．１２５　ｍｍ与０．４４　ｎｕｎ混合颗粒不同浓度下的水力坡度［　

Ｖｍ／　｜　／Ｘｐ／Ｌ／　Ｃ　７　／ｘｐ／Ｌ／　ｃ　ｆ　／Ｘｐ／Ｌ／　ｃ　７　△１，／Ｌ／　

（ｍ・Ｓ－－１）　（Ｐａ・ｍ一１）　（Ｐａ・ｍ一１）　（Ｐａ・ｍ一１）　（Ｐａ・ｍ一１）　

１　２Ｏ．１８　６６５　３１．１７　１２２９　３８．９８　１４２２　

２　１７．７１　１０４８　３０．４３　１１４３　４０．５６　１２６０　４８．６４　１３９２　

３　１８．３８　１７５７　２９．２２　１８８６　３８．５１　１９５７　４７．８５　２１１７　

４　２Ｏ．９２　２８６９　３Ｏ．３Ｏ　２９７０　３８．０４　２９７１　４８．４６　３２５１　

５　１９．７３　４１３６　３０．４９　４２１２　３９．Ｏ３　４３８６　４８．８９　４５８３　

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　

９４　青岛理工大学学报　第３２卷　

研究，得出如下结论［１２－１４］：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，可能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［１３－１４］，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．　

１Ｏ　

８　

蠢　

２　

流速ｖ／（ｍ・ｓ　）　

温度ｔ／Ｔ：　

图５望云煤两种煤样环管试验ｉ—ｖ关系　

图６水煤浆Ｂ水力坡度与温度关系　

管径Ｄ＝９４　ｍｍ；・Ａ级配Ｃ　＝０．５５８；▲Ｂ级配　：Ｏ．５７３；　

・Ａ级配Ｃ　＝Ｏ．４７　１；◆Ｂ级配Ｃ　＝０．４７７　

◆ｖ＝１．５ｍ／ｓ；。ｖ＝１．２ｍ／ｓ：▲ｖ＝１　０ｍ／ｓ：Ｘ　ｖ＝０．９ｍ／ｓ　

ｘ　ｖ＝Ｏ．８ｍ／ｓ；●ｖ＝Ｏ．７　ｍ／ｓ；＋ｖ＝０．５　ｍ／ｓ：－ｖ＝０　３　ｍ／ｓ　

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＿１　］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．两种水煤浆的流变数据见表　

４及表５．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＿１　．另　

外，管道摩擦阻力在低温段对温度变化比较敏感，而随着进入较高温度区段，阻力受温度的影响减弱，如图　

６所示［１引．其他研究者［１７－１８］根据各自对水煤浆流变特性的试验也得出了类似的结论，并指出随浓度的增　

加，温度对水煤浆的黏度影响越明显＿１　．因此，如有可能，应尽量避免输送浆体管道的低温运行，或采取适　

当的升温或保温措施．　

表４水煤浆Ａ的试验温度和流变数据　表５水煤浆Ｂ的试验温度和流变数据　

ｔ／＇Ｃ　ｖｏ／Ｐａ　￣／（ｍＰａ・ｓ）Ｃｗ／　ｔ／＇Ｃ　ｖｏ／Ｐａ　￣１／（ｍＰａ・ｓ）　Ｃｗ／％　

８６５　１４．５　２．７２　

３３０　６Ｏ．０　

９０３　

１２．０　

２．８１　３７１——　

９２０　９．２　２．９３　

３９５——　

９９Ｏ　８．０　

３．００　４５２——　

１０８０　

７．Ｏ　

２．９９　４９３——　

４结论　

１）浆体的流动状态对管道输送阻力的大小有很大影响，原因在于不同流动状态下的阻力机理不同，同　

第５期　陆海，等：浆体的管道输送阻力机理及减阻技术　９５　

时不同粒径固体颗粒产生阻力的机理差别很大．　

２）完全分层流动状态下，固体颗粒绝大多数沉积于管底，因此由颗粒与管壁接触产生的机械摩擦力占　

主导地位；而完全混合状态下，阻力的产生，一方面由于存在于管壁附近的悬浮固体颗粒与管壁及其他颗　

粒之间的相互碰撞，另一方面是由于固体颗粒较均匀地分布于液态载体中，随着载体黏性增大而产生了较　

大的黏性摩撩力．　

３）采用适当粒径级配减阻、减阻剂减阻、升温减阻技术，有利于改善浆体的流动性，减小流动阻力，降　

低浆体输送过程中的能耗．　

参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：　

［１］Ｍａｔｏｕｓｅｋ　Ｖ．Ｐｒｅｓｓ１ｌｒｅＤｒｏｐｓ　ａｎｄＦｌｏｗＰａｔｔｅｒｎｓｉｎ￣ｍ＆ＭｉｘｔｕｒｅＰｉｐｅｓＥＪ］．ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＴｈｅｒｍａｌａｎｄＦｌｕｉｄ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００２（２６）：６９３—７０２．　

［２］Ｍａｔｏｕｓｅｋ　ｖ．Ｈａｎｄｂｏｏｋ　ｏｆ　Ｃｏｎｖｅｙｉｎｇ　ａｎｄ　Ｈａｎｄｌｉｎｇ　ｏｆ　Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｓｏｌｉｄｓ［Ｋ－］．Ａｍｓｔｅｒｄａｍ：Ｅｌｓｅｖｉｅｒ，２００１：４６５—４７１．　

［３］费祥俊．浆体的物理特性与管道输送流速［Ｊ］．管道技术与设备，２０００（１）：４－８．　

ＦＥＩ　Ｘｉａｎｇ－ｊｕｎ．Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　Ｓｌｕｒｒｉｅｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　Ｒｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ　Ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｉｎ　Ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ［Ｊ．１．Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　Ｐｉｐｅｌｉｎｅ　ａｎｄ　Ｅｑｕｉｐ—　

ｍｅｎｔ，２０００（１）：４—８．　

ｒ４］Ｋａｕｓｈａｌ　Ｄ　Ｒ，Ｋｉｍｉｈｉｋｏ　Ｓａｔｏ，Ｔａｋｅｓｈｉ　Ｔｏｙｏｔａ，ｅｔ　ａ１．Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｐａｒｔｉｃｌｅ　Ｓｉｚｅ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｎ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｄｒｏｐ　ａｎｄ　Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　Ｐｒｏｆｉｌｅ　

ｉｎ　Ｐｉｐｅｌｉｎｅ　Ｆｌｏｗ　ｏｆ　Ｈｉｇｈｌｙ　ｏＣｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ　Ｓｌｕｒｒｙ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍｕｌｔｉｐｈａｓｅ　Ｆｌｏｗ，２００５，３１（７）：８０９—８２３．　

［５］Ｍａｔｏｕｓｅｋ　Ｖ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ　ｉｎ　Ｐｉｐｅｌｉｎｅ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ｏｆ　Ｓｅｔｔｌｉｎｇ　Ｓｌｕｒｒｉｅｓ［Ｊ］．Ｐｏｗｄｅｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００５，１５６（１）：４３—５１．　

［６］Ｐｕｇｈ　Ｆ　Ｊ，Ｗｉｌｓｏｎ　Ｋ　ｃ　Ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ａｎｄ　ｏＣｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ　ｉｎ　Ｓｈｅｅｔ　Ｆｌｏｗ　Ａｂｏｖｅ　Ｐｌａｎｅ　Ｂｅｄｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒ—　

ｉｎｇ，１９９９，１２５（２）：１１７—１２５．　

［７］Ｗｉｌｓｏｎ　Ｋ　Ｃ，Ｓｅｌｌｇｒｅｎ八Ｒｅｖｉｓｅｄ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　Ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ　ｓｔｒａｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　Ｒａｔｉｏｓ　ｆｏｒ　Ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ　Ｓｌｕｒｒｙ　Ｆｌｏｗｓ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃｌ４ｔｈ　Ｃｏｎｆ　ｏｎ　

Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ａｎｄ　Ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｏＳｌｉｄ　Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ，２００８．　

［８］　Ｋｏｒｖｉｎｇ　Ａ　ｅ　Ｈｉｇｈ－ｏＣｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ　Ｆｉｎｅ－Ｓａｎｄ　Ｓｌｕｒｒｙ　Ｆｌｏｗ　ｉｎ　Ｐｉｐｅ－Ｌｉｎｅｓ：Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｓｔｕｄｙ［ｃ］／／１５ｔｈ　Ｉｎｔ　ｏＣｎｆ　ｏｎ　Ｈｙｄｒｏｔｒａｎｓｐｏｒｔ，　

ＢＨＲＧ，Ｂａｎｆｆ，Ｃａｎａｄａ，２００２：７６９—７７６．　

［９］Ｓｃｈａａｎ　Ｊ，Ｓｕｍｎｅｒ　Ｒ　Ｊ，Ｇｉｌｌｉｅｓ　Ｒ　Ｇ，ｅｔ　ａ１．Ｔｈｅ　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｐａｒｔｉｃｌｅ　Ｓｈａｐｅ　ｏｎ　Ｐｉｐｅｌｉｎｅ　Ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｎｅｗｔｏｎｉａｎ　Ｓｌｕｒｒｉｅｓ　ｏｆ　Ｆｉｎｅ　Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ　

口］．Ｃａｎａｄｉａｎ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０００，７８：７１７—７２５．　

［１０－１费祥俊．浆体与颗粒物料输送水力学［Ｍ］．北京：清华大学出版社，１９９４．　

ＦＥＩ　Ｘｉａｎｇ－ｊｕｎ．Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ　ｏｆ　ｏＣｎｖｅｙｉｎｇ　Ｓｌｕｒｒｉｅｓ　ａｎｄ　Ｇｒａｎｕｌａｒ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｔｓｉｎｇｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｐｒｅｓｓ，１９９４．　

［１１］Ｆａｎｇａｒｙ　Ｙ　Ｓ，Ａｂｄｅｌ　Ｇ　Ａ　Ｓ，Ｅ１　Ｈａｇｇａｒｄ　Ｓ　Ｍ，ｅｔ　ａ１．Ｔｈｅ　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｆｉｎｅ　Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ　ｏｎ　Ｓｌｕｒｒｙ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ［－Ｊ］．Ｍｉｎｅｒａｌｓ　Ｅｎｇｉ—　

ｎｅｅｒｉｎｇ，１９９７，１０（４）：４２７—４３９．　

［１２］徐桂萍，张建隆．高浓度水煤浆流变特性试验研究口］．武汉水利电力大学学报，１９９６，２９（３）：１０２－１０５．　

ＸＵ　Ｇｕｉ—ｐｉｎｇ，ＺＨＡＮＧ　Ｊｉａｎ－ｌｏｎｇ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ　ｏＣｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　Ｗａｔｅｒ－Ｃｏａｌ　Ｍｉｘｔｕｒｅ［Ｊ］．　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｇｎ，１９９６，２９（３）：１０２—１０５．　

［１３］李凤起，朱书全．添加剂对煤一水界面性质的影响与效能研究口］．选煤技术，２００１（１）：２２—２４．　

ＬＩ　Ｆｅｎｇ－ｑｉ，ＺＨＵ　Ｓｈｕ－ｑｕａｍ　Ｔｈｅ　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ａｄｄｉｔｉｖｅ　ｏｎ　Ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｏｆ　ｏＣａｌ—Ｗａｔｅｒ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ａｎｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｐｅｒｆｏｒｍ—　

ａｎｃｅ　Ｅｆｆｅｃｔｅｄ［－Ｊ］．Ｃｏａｌ　Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００１（１）：２２—２４．　

［１４］Ｌｅ　Ｈｕｙｎｈ，Ｐａｕｌ　Ｊｅｎｋｉｎｓ，Ｊｏｈｎ　Ｒａｌｓｔｏｎ．Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ　Ｓｌｕｒｒｉｅｓ　ｂｙ　ｏＣｎｔｒｏｌ　ｏｆ　Ｍｉｎｅｒａｌ—　

ｏＳｌｕｔｉｏｎ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍｉｎｅｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，２０００，５９（４）：３０５—３２５．　

［１５］李培芳，马云龙，徐继怀，等．水煤浆管道输送特性的研究［Ｊ］．水力采煤与管道运输，１９９６（３）：４－９．　

ＬＩＰｅｉ—ｆａｎｇ，ＭＡＹｕｎ－ｌｏｎｇ，ＸＵ　Ｊｉ—ｈｕａｉ，ｅｔ　ａ１．ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃＳｔｕｄｙ　ｏｆＣＷＭｉｎＰｉｐｅｌｉｎｅＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＨｙｄｒａｕｌｉｃＣｏａｌＭｉｎｉｎｇ　ａｎｄ　

Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ，１９９６（３）：４－９．　

［１６］赵世民．表面活性剂——原理、合成、测定及应用ｒＭ］．北京：中国石化出版社，２００５．　

ＺＨＡＯ　Ｓｈｉ—ａｒｉｎ．Ｓｕｒｆａｃｅ　Ａｃｔｉｖｅ　Ａｇｅｎｔ－－Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ￣Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ　Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　

Ｐｒｅｓｓ，２００５．　

［１７］但盼，邱学青，周明松．温度及剪切时间对水煤浆表观黏度及流变性影ＩＩＮＥＪ］．煤炭科学技术，２００８，３６（６）：１０３—１０６．　

ＤＡＮ　Ｐａｎ，ＱＩＵ　Ｘｕｅ－ｑｉｎｇ，ＺＨＯＵ　Ｍｉｎｇ－ｓｏｎｇ．Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　Ｓｈｅａｒｉｎｇ　Ｔｉｍｅ　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ　ｔｏ　Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ　ａｎｄ　Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　

ｏＣａｌ　Ｗａｔｅｒ　Ｓｌｕｒｒｙ［Ｊ］．Ｃｏａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８，３６（６）：１０３—１０６．　

［１８］赵国华，王秋粉，陈良勇，等．温度对高浓度水煤浆流变特性的影响口］．锅炉技术，２００７，３８（６）：７４—７８．　

ＺＨＡ０　Ｇｕｏ－ｈｕａ，ＷＡＮＧ　Ｑｉｕ－ｆｅｎ，ＣＨＥＮ　Ｌｉａｎｇ－ｙｏｎｇ，ｅｔ　ａ１．Ｔｈｅ　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｒｈｅｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｈｉｈｇ　Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　

ｏＣａｌ－Ｗａｔｅｒ　Ｓｌｕｒｒｙ［Ｊ］．Ｂｏｉｌｅｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７，３８（６）：７４—７８．