1、7 漿液流7.1 簡述7.1.1 漿液流型的分類 漿液由液、固兩相組成，屬兩相流范疇，其流型屬非牛頓型流體；按固體顆粒在連續(xù)相中的分布情況，又可分為均勻相漿液、混合型漿液和非均勻相漿液三種流型。7.1.2 漿液輸送管道尺寸的確定確定漿液輸送管道的尺寸，必須注意下列幾點(diǎn)：7.1.2.1 均勻相流動的漿液，要求固體顆粒均勻地分布在液相介質(zhì)之中，只要計算出漿液中固體顆粒的最大粒徑(dmh)，將它與已知篩分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行比較，若全部固體顆粒小于dmh，則為均勻相漿液，否則為混合型漿液或非均勻相漿液。7.1.2.2 為避免固體粒子在管道中沉降，要使?jié){液濃度、粘度和沉降速度間處于合理的關(guān)系中。對于均勻相漿液的輸

2、送，必須確定漿液呈均勻相流動時的最低流速，且要獲得高濃度、低粘度、低沉降速度。漿液流動要求有一個適宜的流速，它不宜太快，否則管道摩擦壓力降大；它亦不宜太慢，否則易堵塞管道。該適宜的最低流速數(shù)據(jù)由試驗確定。為獲得高濃度、低粘度、低沉降速度，可采用合適的添加劑。7.1.2.3 混合型漿液或非均勻相漿液的輸送，應(yīng)保證漿液流動充分呈湍流工況。7.1.3 本規(guī)定提出了計算漿液流體的管道壓力降的數(shù)據(jù)收集、關(guān)聯(lián)式回歸和計算步驟的一般內(nèi)容和要求，適用于均勻相漿液、混合型漿液或非均勻相漿液三種流型的壓力降計算。 7.2 計算方法7.2.1 計算依據(jù)提供下列數(shù)據(jù)：7.2.1.1 實測數(shù)據(jù)(1) 最低的漿液流體流速

3、(Umin)；(2) 固體篩分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)(Xpi)；(3) 固體篩分的密度(pi)；(4) 漿液流的表觀粘度(a)與剪切速率()的相關(guān)數(shù)據(jù)或流變常數(shù)()和流變指數(shù)(n)。7.2.1.2 可計算數(shù)據(jù)(1) 連續(xù)相(水)的物性數(shù)據(jù)：粘度(L)、密度(L)；(2) 固體的質(zhì)量流量(WS)或漿液的質(zhì)量流量(WSL)及漿液的濃度(CSL)；(3) 連續(xù)相(水)的質(zhì)量流量(WL)；(4) 漿液的平均密度(SL)；(5) 固體的平均密度(S)。7.2.2 計算方法的應(yīng)用7.2.2.1 計算漿液流體物性數(shù)據(jù) (1) 已知S、L、WS、WL計算SL (7.2.21) (2) 已知SL、L、WSL、CSL，計算

4、S (7.2.22) (7.2.23) (7.2.24)(3) 計算均勻相漿液的物性數(shù)據(jù) (7.2.25) (7.2.26)(4) 計算混合型漿液物性數(shù)據(jù) (7.2.27) (7.2.28) (7.2.29) (7.2.210) (7.2.211)7.2.2.2 漿液流體流型的確定和計算均勻相漿液的最大粒徑(dmh)根據(jù)流變常數(shù)()、流變指數(shù)(n)由試驗測得漿液流的表觀粘度(Ua)與剪切速率 ()的相關(guān)數(shù)據(jù)求得計算a；由漿液流的有關(guān)參數(shù)(Y)、阻滯系數(shù)(Ch)(Y與Ch的關(guān) 聯(lián)式由實驗數(shù)據(jù)回歸獲得)計算dmh。均勻相漿液的表現(xiàn)粘度(a)由下式計算：8UaD (7.2.212) (7.2.213

5、) (7.2.214)當(dāng)Y8.4時Ch=18.9Y1.41 (7.2.215)當(dāng)8.4Y0.5時Ch=21.11Y1.46 (7.2.216)當(dāng)0.5Y0.05時Ch=18.12Y0.963 (7.2.217)當(dāng)0.05Y0.016時Ch=12.06Y0.824 (7.2.218)當(dāng)0.016Y0.00146時Ch=0.4 (7.2.219)當(dāng)Y0.00146時Ch=0 (7.2.220)dmh=1.65 Ch a(1Sa) (7.2.221) 若固體顆粒粒度全小于dmh，為均勻相漿液，否則為混合型漿液或非均勻相漿液。7.2.2.3 管徑的確定 (1) 輸送均勻相漿液 由試驗獲得漿液最低流速(

6、Umin)，計算管徑(D)(7.2.222) (7.2.223) (7.2.224) 漿液流流型應(yīng)控制在滯流的范圍之內(nèi)，故Re在2300以下。調(diào)整D到滿足要求為止。 (2) 輸送混合型漿液或非均勻相漿液 由試驗獲得漿液最低流速(Umin)，可計算允許流速(Ua)；由漿液流的有關(guān)參數(shù)(x)、非均勻相中固體顆粒的平均粒徑(dwa)，可計算管徑(D)。x與Umin(gD)0.5的關(guān)聯(lián)式由回歸獲得。 (7.2.225) (7.2.226)(7.2.227)(7.2.228)當(dāng)dwa368時Fd1 (7.2.229)當(dāng)dwa368時Fddwa386 (7.2.230)當(dāng)0.006x2時 (7.2.231

7、)當(dāng)2x70時 (7.2.232) 漿液流應(yīng)控制在湍流的范圍之內(nèi)，目標(biāo)函數(shù)，Ua一U。調(diào)整D到滿足要求為止。7.2.2.4 泵壓差(P)的計算 管道中包括直管段、閥門、管件、控制閥、流量計孔板等。管道系統(tǒng)的壓力降是各個部分的摩擦壓力降、速度壓力降和靜壓力降的總和。 (1) 通用數(shù)據(jù)的計算由漿液流的有關(guān)參數(shù)(Z)、非均勻相阻滯系數(shù)(Che)(Z與Che的關(guān)聯(lián)式由回歸獲得)，可計算非均勻相尺寸系數(shù)(Cra)、沉降流速(Vt)。 (7.2.233)當(dāng)Z5847時Che0.1 (7.2.234)當(dāng)20Z5847時Che0.4 (7.2.235)當(dāng)1.5Z20時Che10.979Z-1.106 (7.2

8、.236)當(dāng)0.015Z1.5時Che13.5Z-1.61 (7.2.237) (7.2.238) (7.2.239) (2) 摩擦壓力降(PK)的計算它由直管段、閥門、管件的摩擦壓力降組成。其值為正，表示壓力下降。流體流經(jīng)閥門、管件的局部阻力有兩種計算方法：阻力系數(shù)法和當(dāng)量長度法?，F(xiàn)推薦當(dāng)量長度法。 a. 均勻相漿液摩擦壓力降(PK)的計算 (7.2.240) b. 混合型漿液或非均勻相漿液摩擦壓力降(PK)的計算 漿液中非均勻相固體的有效體積分率( )為 (7.2.241) UhsLU+Vtsin (7.2.242) 若XvhesVtsin U 則Xvhes UhsLU (7.2.243)

9、 (a) 非垂直管道 (7.2.244) (7.2.245) (7.2.246) (b) 垂直管道 (7.2.247) (3) 速度壓力降(PV)的計算 由溫度和截面積變化引起密度和速度的變化，它導(dǎo)致壓力降的變化。 a. 均勻相漿液速度壓力降(PV)的計算 (20000gc) (7.2.248) b. 非均勻相漿液速度壓力降(PV)的計算 (7.2.249) 若Vtsin UhsL，則可用簡化模型 (20000gc) (7.2.250) (4) 靜壓力降(PS)的計算 由于管道系統(tǒng)進(jìn)(出)口標(biāo)高變化而產(chǎn)生的壓力降稱靜壓力降。其值可為正值或負(fù)值。正值表示壓力降低，負(fù)值表示壓力升高。a.勻相漿液靜

10、壓力降(PS)的計算 PS0.1Zs.dsina10000(Hs.dSL10000) (7.2.251) b.非均勻相漿液靜壓力降(Ps)的計算 PS0.1Zs.dsin 1.1 (2Sa)a+1(a10000) (Hs.dSL10000) (7.2.252)(5) 泵壓差(P)的計算PS(PK)S+(PV)s+(PS)S (7.2.253)Pd(PK)d+(P)a+(Ps)d (7.2.254) PPrdPrs+PS+Pd (7.2.255) (6) 摩擦系數(shù)(Fn)的計算 推薦采用牛頓型流體摩擦系數(shù)的計算方法。 a. 在層流范圍之內(nèi)(Re2300) Fn16Re (7.2.256) b.

11、在過渡流范圍之內(nèi)(230010000) Fn=0.0027(16000D)0.22 (7.2.258) (7) 當(dāng)量長度(Le)的計算 若只知閥門管件的局部阻力系數(shù)(Kn)的計算方法，可采用(Le)與(Kn)的關(guān)系式求得Le。 LeKnD(4Fn) (7.2.259) 局部阻力系數(shù)、當(dāng)量長度的計算方法見第1章“單相流(不可壓縮流體)”。7.2.3 計算步驟7.2.3.1 確定流型和管徑 (1) 計算漿液流體物性數(shù)據(jù)。 (2) 計算均勻相漿液的最大粒徑(dmh)及管徑(D)。 a. 設(shè)漿液全為均勻相漿液，校核其最大粒徑。 (a) 計算均勻相固體的平均密度(1s)、均勻相固體的體積分率(XVS)。

12、 (b) 計算管徑(D)。 (c) 計算均勻相漿液的表觀粘度(a)。 (d) 計算均勻相漿液的允許流速(Ua)。 (e) 計算均勻相漿液的最大粒徑(dmh)。 b. 設(shè)漿液為混合型漿液或非均勻相漿液，校核其最大粒徑。(a) 計算漿液均勻相部分固體的平均密度(1s)及非均勻相部分固體的平均密度(2s)。 (b) 計算均勻相漿液密度(a)及非均勻相漿液中固體的體積分率(Xvhes)。 (c) 計算非均勻相漿液中固體顆粒的平均粒徑(dwa)。 (d) 計算非均勻相漿液中允許最低流速(Ua)及實際流速(U)。7.2.3.2 計算吸入端、排出端總壓力降(PK)、(Ps)、(Pd)及泵壓差(P)。7.2.

13、4 計算例題7.2.4.1 已知如圖7.2.4所示的泥漿系統(tǒng)和下列數(shù)據(jù)：固體流量Wskgh，液體流量WL40820kgh，固體平均密度s2499kgm3，液體密度L865kgm3，液體粘度L0.2mPas，泥漿粘度SL3mPas，溫度t26.7，最大流速U=3.66ms，流變常數(shù)0.0773，流變指數(shù)n0.35，泵排出端容器液面的壓力為0.17MPa，泵吸入端容器液面的壓力為0.1MPa。固 體 篩 分 數(shù) 據(jù)網(wǎng) 目粒 度 (m)重量百分?jǐn)?shù) 密度 kgm32048486565lOO100200200325325840300300210210150150747444445102030201548

14、0640053204240324031602壓力降計算有關(guān)數(shù)據(jù)彎頭數(shù)三通數(shù)閘閥數(shù)鈍 邊進(jìn)口數(shù)鈍 邊出口數(shù)管道長度m泵吸入端：水平管下降管泵排出端：水平管上升管090090111110201010100000106.551930 試求系統(tǒng)管徑和泵壓差7.2.4.2 解 題(1) 確定流型和管徑按7.2.3中計算步驟進(jìn)行。先假設(shè)全為均勻相泥漿并校核其最大粒徑，獲結(jié)果：固體顆粒粒徑非全小于最大粒徑(dmh)，可見假設(shè)不妥(具體計算步驟省略)。然后假設(shè)最后三個篩分級在均勻相泥漿中，重復(fù)上述計算，獲結(jié)果：該三個篩分級固體顆粒仍非全小于最大粒徑(dmh)，可見假設(shè)仍不妥(具體計算步驟省略)。繼續(xù)假設(shè)最后兩

15、個篩分級在均勻相泥漿中并校核其最大粒徑。圖7.2.4計算示圖 按式(7.2.21)：按式(7.2.27)：按式(7.2.28)：按式(7.2.29)：按式(7.2.211)：按式(7.2.228)：按式(7.2.230)：Fddwa3681803680.489按式(7.2.227)：xl00XvhesFd(2sa)a 1000.2830.489(29201216)121619.4 按式(7.2.232)： 按式(7.2.225)： 按式(7.2.226)：目標(biāo)函數(shù)，Ua一U，調(diào)整D，滿足要求為止，見下表：D mUa msU ms0.0750.1000.1252.682.973.236.043.

16、402.18根據(jù)目標(biāo)函數(shù)要求，選用00.100m 又按式(7.2.212)式(7.2.221)得： 經(jīng)比較，確定最后兩個篩分級在均勻相泥漿中，其余篩分級在非均勻相泥漿中。允許最低流速Ua2.97ms；實際流速U3.4ms。 (2) 計算壓力降及泵壓差 a. 計算通用數(shù)據(jù) (a) 計算顆粒沉降速度(Vt)按式(7.2.233)式(7.2.238)： (b) 計算非均勻相尺寸系數(shù)(Cra)按式(7.2.233)式(7.2.239)得：由式(7.2.239)得：b. 計算壓力降及泵壓差按式(7.2.242)式(7.2.243)得：XvhesVtsin900.2830.0230.00651由于Xvhe

17、sVtsin90U，則0.283，UhsL3.4ms按式(7.2.224)和式(7.2.258)得： 泵吸入端 (a) 水平管道 當(dāng)量長度(Le)的計算泵吸入端水平管道連接管件件 數(shù)Le mKn閘板閥90短徑彎頭三通直流進(jìn)口(即容器出口)1l1l48D0.830D=320D=2KnD/(4Fn)5.9811.781.0 壓力降的計算按式(7.2.244，45，46，47，50，52，53，54，55)得； (b) 垂直管道 當(dāng)量長度(Le)的計算 泵吸入端垂直下降管道連接管件 件數(shù) Le 90短徑彎頭 1 30D3 1 3 壓力降的計算泵排出端 (a) 水平管道 當(dāng)量長度(Le)的計算泵排出端

18、水平管道連接管件件數(shù)Le mKn閘板閥90短徑彎頭三通直流出口(即容器入口)112158D=0.830D=3220D=4KnD(4Fn)=2.9910.790.5 壓力降的計算(b) 垂直管道 當(dāng)量長度(Le)的計算泵排出端垂直上升管道連接管件件數(shù)Le m90短徑彎頭1130D=33 力降的計算計算結(jié)果匯總表PK MPaPV MPaPS MPaPs.d MPa泵吸入端：水平管下降管泵排出端：水平管上升管0.02600.010540.03650.04240.04350.08590.007160.007160.007160.007160.13830.13830.57490.57490.10900.

19、6680 (3) 泵壓差 PPraPrs+Ps+Pd0.170.10.1090+0.66800.629MPa7.2.5 管道計算表 “漿液流”管道壓力降計算表見表7.2.5。編制步驟、用途及專業(yè)關(guān)系與“單相流”管道計算表相同。管 道 計 算 表 (漿液流) 表7.2.5管道編號和類別 自 至漿液流量 m3h漿液平均密度 kgm3溫度 流變常數(shù)（） kg/（ms2-n）流變常數(shù)（1000） kg/（ms2-n）泵吸入端泵排出端管道公稱直徑 mm表號或外徑壁厚流速 ms漿液表現(xiàn)粘度 mPas雷諾數(shù)直管長度 m管件當(dāng)量長度m 彎頭90 三 通 大小頭 閘 閥 截止閥 旋 塞 止逆閥 其 它總長度 m

20、摩擦壓力降 MPa速度壓力降 MPa始端液面標(biāo)高（距管接口） m終端液面標(biāo)高（距管接口） m靜壓力降(PS) MPa容器液面的壓力 MPa總壓力降 MPa版次或修改 版 次 日 期 編 制 校 核 審 核7.3 符號說明Ch阻滯系數(shù)；Che非均勻相阻滯系數(shù)；CsL漿液濃度；Cra非均勻相尺寸系數(shù)；D管道內(nèi)直徑，m；dl非均勻相漿液中固體顆粒的下限，m；d2非均勻相漿液中固體顆粒的上限，m；dmh均勻相漿液中最大粒徑，gm；dwa非均勻相漿液中固體顆粒的平均粒徑，m；dd計算PK的中間變量；Fd直徑系數(shù)；Fn非牛頓型流體的摩擦系數(shù)；g重力加速度，9.81ms2；gc因次常數(shù)，9.81kgmkgf

21、s2；Hd泵排出端容器液面至管接口之距離，m；Hs泵吸入端容器液面至管接口之距離，m；Hs.d泵吸入(排出)端容器液面至管接口之距離，m；Kn閥門、管件的局部阻力系數(shù)；L直管段長度，m；Le閥門、管件的當(dāng)量長度，m；n流變指數(shù)；Prd泵排出端容器液面的壓力，MPa；Prs泵吸入端容器液面的壓力，MPa；Re雷諾數(shù)；t溫度，；U漿液流的實際流速，ms；Ua漿液流的允許流速，ms；UhsL非均勻相漿液流體實際流速，ms；Umin漿液流體最低流速(試驗確定)，ms；Vt沉降流速，ms；WL連續(xù)相(水)的質(zhì)量流量，kgh；WS固體顆粒的質(zhì)量流量，kgh；WSL漿液流的質(zhì)量流量，kgh；x漿液流體有關(guān)系數(shù)；Xpi漿液固體顆粒粒度的質(zhì)量百分比；Xp1均勻相部分的漿液固體顆粒的質(zhì)量百分比；Xp2非均勻相部分的漿液固體顆粒的質(zhì)量百分比；Xvhes漿液中非均勻相部分固體顆粒的體積分率；Xvs漿液中均勻相部分固體顆粒的體積分率；Y漿液流有關(guān)系數(shù)