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一种确定水煤浆流变模型中临界剪切速率的新方法赵国华，段钰锋（东南大学 江苏 南京）摘 要：水煤浆是一种高粘性、不透明的液固分散悬浮液，表现出非牛顿特性，其流变特性十分复杂。
在低剪切速率下，对水煤浆粘度测量发现剪切速率与剪切应力关系曲线的变化趋势突变。
根据 Herschel-Bulkley 模型，运用一种新方法确定水煤浆的临界剪切速率，结合旋转粘度计法和管流法在广范围剪切速率下得出水煤浆的真实流变方程。
关键词：水煤浆；流变模型；临界剪切速率；粘度水煤浆技术是20世纪70年代世界范围内的石油危机中产生的一种以煤代油的煤炭利用新方法，广泛应用于细煤粉的长距离管道输送、直接燃烧和加压气化等领域。
水煤浆燃料是一种新型低污染燃料，它是由不同粒径的煤粉颗粒与水、化学添加剂按一定比例混合而成的煤与水的非均相液固悬浮液，目前作为火力发电的一种新型燃料，越来越受到重视。
通常情况下，水煤浆表现为非牛顿型流体，其粘度随剪切速率的变化而改变。
本文首次通过水煤浆流变特性测量的管流法和旋转粘度计两种方法结合，得出水煤浆的流变方程，提出一种求解流变方程中临界剪切速率的新方法。
1 水煤浆的流变模型水煤浆的流变特性非常复杂，低浓度下的水煤浆基本为牛顿流体性质，但是达到一定浓度的水煤浆又表现为非牛顿流体性质。
根据流体在层流时对所施加的剪切应力变化情况，可将流体分为牛顿流体和非牛顿流体两大类。
当剪切应力和剪切速率成正比即符合牛顿定律时为牛顿流体，不符合牛顿定律的流体为非牛顿流体。
非牛顿流体又可分为与时间有关和与时间无关的两种。
目前，处于稳定状态下的水煤浆，其流变模型几乎包括所有与时间无关的非牛顿流体模型，通用形式是：n k γττ+=0 （1）式中：τ为剪切应力，Pa ；0τ为屈服应力，Pa ；k 为稠度系数，Pa.s ；n 为流动性系数。
当1,00==n τ为牛顿流体模型：γτk =。
当1,00≠=n τ为幂律体模型：n k γτ=，n <1为伪塑性体；n >1为膨胀体。
石油焦的成浆性及水焦浆的流变性和稳定性高夫燕;刘建忠;王传成;虞育杰;程军;张彦威;周俊虎;岑可法【摘要】对某石油焦在加入不同添加剂后的成浆特性以及水焦浆的温升特性、流变特性和稳定性进行了实验研究.加入不同添加剂后各浆样的定黏浓度均在70%左右,石油焦成浆性良好;水焦浆的表观黏度随温度的升高而降低,随浓度的升高而增大;水焦浆的流变特性和稳定性在不同的添加剂下呈现出较大的差别,当使用亚甲基萘磺酸钠-苯乙烯磺酸钠-马来酸钠(NSM)和亚甲基萘磺酸盐甲醛缩合物(NC)添加剂时,水焦浆呈胀流性,且稳定性差.当使用木质素磺酸盐(LS)和石油磺酸盐(PS)时,水焦浆在较高浓度下呈假塑性,且稳定性较好.浆体浓度越大,稳定性越好.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2010(061)011【总页数】7页(P2912-2918)【关键词】石油焦;水焦浆;成浆特性;流变特性;稳定性【作者】高夫燕;刘建忠;王传成;虞育杰;程军;张彦威;周俊虎;岑可法【作者单位】浙江大学能源清洁利用国家重点实验室,浙江,杭州,310027;浙江大学宁波理工学院,浙江,宁波,315100;浙江大学能源清洁利用国家重点实验室,浙江,杭州,310027;浙江大学能源清洁利用国家重点实验室,浙江,杭州,310027;浙江大学能源清洁利用国家重点实验室,浙江,杭州,310027;浙江大学能源清洁利用国家重点实验室,浙江,杭州,310027;浙江大学能源清洁利用国家重点实验室,浙江,杭州,310027;浙江大学能源清洁利用国家重点实验室,浙江,杭州,310027;浙江大学能源清洁利用国家重点实验室,浙江,杭州,310027【正文语种】中文【中图分类】TQ517.4石油焦是原油经蒸馏将轻、重质油分离后,重质油再经热裂的过程转化而成的产品。
从外观上看,石油焦为形状不规则的黑色块状 (或颗粒),具多孔隙结构,有金属光泽。
石油焦含碳量约在90%左右,具有热值高的特点,可用作燃料[1-4]。
文章编号：1006-3080(2022)06-0715-08DOI: 10.14135/ki.1006-3080.20210920001水煤浆流变性和表面张力对其微观破裂的影响赵 曼， 许治嘉， 赵 辉， 许建良， 李伟锋， 刘海峰（华东理工大学上海煤气化工程技术研究中心, 国家能源煤气化技术研发中心, 上海 200237）摘要：以神华煤和华电煤为原料制备了质量分数为58%~62%的水煤浆，使用旋转流变仪、静/动态表面张力仪、高速摄像机和图像处理软件等研究了水煤浆理化参数对其微观破裂过程的影响。
水煤浆属于剪切变稀的非牛顿流体，采用Herschel-Bulkley 模型建立了水煤浆流变关系式；与静态表面张力不同，水煤浆的动态表面张力随着特征气泡时间的增加先减小后增加，表面张力最小值出现在200 ms 附近；获得了基于水煤浆流变性和动态表面张力函数的水煤浆微观破裂特征直径与时间的关系式。
关键词：水煤浆；微观破裂；表面张力；黏度；流变性中图分类号：O359+.1文献标志码：A液体通过喷嘴产生的射流可以将连续相的大范围液体雾化成大量分散的小液滴，使气液接触面积快速增加，从而有效强化传质传热和化学反应，所以液体射流破裂在能源化工、航空航天、医疗卫生及交通运输等领域应用广泛[1-10]。
自Rayleigh [11]和Weber 等[12]采用不稳定理论研究液体射流破裂以来，液体射流破裂受到广泛关注。
Reitz [13]发现射流不稳定波最大增长率为表面张力相关函数。
Eggers [14]汇总了液滴自由表面流动随时间变化形态的研究，包括低黏度流体破裂中不同时间尺度的变化规律。
Anna 等[15]研究了液体黏弹性对液滴形成过程中喉部直径的变化以及对液桥断裂时间的影响，并通过多模式模型预测瞬时直径形态的发展变化。
Tirtaatmadja 等[16]发现在黏弹性流体破裂过程中，即使在低浓度条件下弹性的作用也远大于黏性，并提出了基于魏森伯格数的黏弹性流体破裂特征方程。
第五章水煤浆（培训讲义2013年5月王波）一、水煤浆的由来及发展1．水煤浆概念：水煤浆是由65%-70%的煤，29-34%的水和约1%的化学添加剂制成的混合物。
是一种低污染、高效率、可管道输送的代油煤基流体燃料。
其单位发热量约为燃油的40%--50%。
2.水煤浆的发展及由来：20世纪70年代出现了石油危机，国际上开展了浆体燃料——油煤混合燃料（coal oil mixture,COM）的研究，目的是以煤代替燃油。
继而，为节约燃油，80年代初，发达国家开展了水煤浆（coal water mixture，CWM）的开发研究，水煤浆在运输上更有优越性。
3.水煤浆可以像流体一样输送和储存，不仅可以减少环境污染，也为煤炭输送开辟了新途径，许多国家作为一种储备技术继续开发和完善。
4.水煤浆的品种及用途：①精细水煤浆（用于内燃机）②经济型水煤浆（沸腾炉燃料）③气化水煤浆（气化原料）④环保型水煤浆（锅炉脱硫燃料）⑤原煤水煤浆（管道输送至炉前脱水，供锅炉燃料）5.水煤浆是一种固、液两相的粗分散系统，为防止煤颗粒沉淀，许加入少量稳定剂，使其有变稀的流变特性和防止产生不可恢复的沉淀。
二、水煤浆制备工艺及设备1.水煤浆从制备到应用，主要包括4个重要环节：制备、运输、应用和环境处理。
2.水煤浆的制备主要包括：原煤的洗选、破碎、细磨、加入添加剂（分散剂和稳定剂）、加水、搅拌混合、储存等工序。
3．水煤浆制备：①干法工艺；将煤用干磨磨成粉，然后与水、添加剂，搅拌混合成浆。
（主要用于炉前制备）②湿法工艺；采用湿磨制浆。
3.水煤浆的运输：长途运输可用铁路罐车、管道运输或水运，近距离运输可用汽车罐车。
我国煤炭运输量占铁路运输量的45%，管道运输，大大减轻了铁路和公路的负担。
4.管道运输的特点：运送量大，管道埋设于地下不占地上面积，不受气候变化的影响，对环境不会产生影响，运输费用低。
5.水煤浆制备设备主要包括：球磨机、输浆泵、搅拌器等。
水煤浆流变性描述公式和解释水煤浆是固液两相的非牛顿流体.其流变性十分复杂，影响因素也较多，对水煤浆输送和燃烧起决定性作用. 水煤浆是由煤粉，水和少量添加剂混合加工制成的稳定流体．影响水煤浆成浆和流变特性的因素很多。
在一定范围内程度不同地改变这些属性，可以提高输送以及使用的效率和安全性。
描述水煤浆流变特性——流变学属性水煤浆属于复杂的多相悬浮体系,施加剪切应力产生的速率梯度受到其内部物理结构变化的影响,反过来内部的物理结构又会因剪切作用而引起变化,因此水煤浆的流变特性呈现复杂多样性。
从目前的研究看,水煤浆涵盖了牛顿流体和几乎各种类型的非牛顿流体。
由于具有较高的固相含量、相对较小的煤粉颗粒以及添加剂的加入使煤粉颗粒与水紧密结合形成网状结构,多数水煤浆表现出显著的非牛顿流体特性。
水煤浆的非牛顿流体特性通常具有如下特点:非单相性,即流变特性要用多个参数来表示;非单值性,粘度随剪切应力发生变化;非可逆性,粘度与剪切作用的持续时间有关,即表现出一定的触变性。
多数工业用水煤浆存在屈服应力,在低剪切速率和高剪切速率下均呈现牛顿流体特性,在中等剪切速率下呈现剪切稀化特性,只有极少呈现胀流性流体特性。
常用描述水煤浆流变特性常用的经验模型公式有:牛顿流体:τ=μγ宾汉塑性模型:τ=τy+hpγ幂率模型:τ=Kγn屈服-幂率模型:τ=τy+KγnCasson模型:τ0.5=τy0.5+(hpγ)0.5Sisko模型τ=h∞g+KγnEL模型-τy=γ/(A+Bτα-1)式中:τ、τy———分别为剪切应力和屈服应力,Pa;μ———粘度,Pa·s;hp———刚度系数,Pa·s;h∞———高剪切速率对应的极限剪切粘度,Pa·s;K———稠度系数;n———流变特性指数。
以上流变模型也称作本构方程,模型中的各参数是需要通过试验确定的流变参数,是水煤浆固有的物性参数。
在流变特性研究中,可根据研究目的、对象和剪切速率范围等选择不同的模型。
根据制浆工艺，结合制浆原料煤的性质，选择如下的制浆原则工艺：①用高浓度磨矿制浆工艺按照煤炭成浆性判别经验公式D=7.5+0.5Mad-0.05HGI和煤炭成浆性分类，如：水洗精煤的内在水分Mad为1.5%左右，可磨性指数HGI为65，其成浆性指标D为：D=7.5+0.5×1.5-0.05×65=5煤炭成浆性分类根据上表，水洗精煤的成浆性难易属于中等。
因此可以采用较为简单的高浓度磨矿制浆工艺。
这样可以相对减少建厂投资和便于生产管理。
②分散剂采用分段加药根据对生产多年的水煤浆厂调研，将分散剂先后加入球磨机和除渣缓冲搅拌槽，比一次加入球磨机可以提高制浆效果，同时可以降低分散剂用量。
③对煤浆进行高剪切处理由于水煤浆产品主要用于区内动力锅炉，水煤浆的储存期可能较长，对水煤浆的稳定性要求较高。
因此对水煤浆需要进行高剪切处理。
从理论和实践证实，适当强度的剪切作用，可以提高水煤浆的屈服应力，增强水煤浆的触变性，加速水煤浆的熟化，从而改善水煤浆的稳定性。
④减小磨矿产品平均粒度为了提高水煤浆的稳定性，需要适当减少磨矿产品的平均粒度。
根据国内一些动力水煤浆厂的经验水洗精煤的成浆性试验，磨矿产品的平均粒度应控制在40μm左右。
⑶制浆工艺数据水洗精煤煤样全水分设计值取10%。
由于磨矿产品平均粒度40μm左右，因此成浆试验时分散剂用量适当增加。
成浆试验报告推荐，分散剂用量为4.5g/kg干煤，并将其稀释至10%浓度分段加入球磨机和除渣缓冲槽中(各占总量的85%和15%)。
试验报告推荐稳定剂的加入量为120-200ppm，设计采用180ppm，并稀释至1%加至稳定性处理桶。
水洗精煤制浆物料平衡表（冬季）按水煤浆实际生产量28.46万吨/年计算，水煤浆制备厂用煤量为20.86万吨/年（全水分10%），冬季每天的用煤量为868.5吨，夏季每天的用煤量为382.5吨。
全年添加剂用量为896吨，其中分散剂为844.80吨，稳定剂为51.20吨。
水煤浆流变特性影响因素摘要：近年来，我国的工业化进程有了很大进展，煤气化的应用也越来越广泛。
本文首先对水煤浆流变性能简介，其次探讨水煤浆流变特性影响因素，最后就具体管控措施进行研究，以供参考。
关键词：水煤浆;流变特性;稳定性;配煤引言由于煤气化渣中含有未燃烧完的残碳和高温反应下的金属氧化矿物质，因此吸引了大量的专家和学者对其进行资源化利用的研究及试验。
目前，煤气化渣呈现产量大、利用率低、处理成本高、污染环境等特点，堆存和填埋是其主要处置方式。
煤气化渣由于其组成复杂而不能直接用作水泥、混凝土的原材料及锅炉燃料。
通过气化炉运行与维护工作开展，可以有效减少倒炉频次，减少各参检单位的工作量，降低生产运行维护费用，提高气化炉的运行效率，提升企业的市场竞争力。
1水煤浆流变性能简介煤浆属于典型的非均相固液混合物，其中煤浆的流变性能反应其稳定性。
煤浆的形态分为宾汉塑性体、胀塑性体、假塑性体等多种非牛顿型流体。
煤浆在低剪切速率条件下，保持较高的粘度，有利于煤浆的稳定性，确保维持一段时间不分层。
在高剪切速率条件下，保持较低的粘度，有利于煤浆的流动性及雾化，避免因粘度高导致跑浆等情况的发生。
煤浆在不同剪切速率条件下(通常指10～100s－1区间)，其粘度区间分布不宜过窄，否则会导致煤浆稳定性变差，严重时出现硬沉淀，影响煤浆的稳定输送。
2水煤浆流变特性影响因素2.1煤种煤质的影响从煤的碳、氢、氧、氮等元素分析，O/C值对煤的成浆性影响最大，比值越大，成浆性越差。
极性官能团含量越高，表面电性越强，从而减弱了煤表面对阴离子添加剂的吸附，成浆性较差。
低变质程度的煤主要结构单元为苯环、萘环、菲环等，中等煤化程度的煤主要结构有菲环、蒽环和芘环。
低变质程度的煤内水含量较高，比表面积也相对较高，因而比高变质程度的煤成浆性差。
2.2水煤浆的灰分及煤灰的熔点煤灰熔融温度是水煤浆气化的重要指标．现代煤化工企业大部分要求入炉煤的流动温度低于1300℃，甚至低于1200℃。
水煤浆分散剂与煤之间的相互作用!木质素磺酸钠对煤的成浆性与水煤浆流变特性的影响邹立壮#!朱书全!王晓玲!崔广文（中国矿业大学化学与环境工程学院!北京"###$%）摘!要!研究了木质素磺酸钠原品（&’（#））和%种分级物（&’（"）、&’（(）、&’（%））对阳泉、潞安、鹤壁、淮南、唐山、北宿煤的成浆性及水煤浆流变性的影响。
与&’（#）相比，&’（"）对)种煤的成浆浓度（粘度"###*+,·-）可提高#.$/0(.#/，其中使北宿、淮南煤的成浆浓度分别提高(.#/和".%/；在鹤壁、淮南煤上增加了&’（"）的单层饱和吸附量，且使复合煤粒产生较高的123,电位。
&’（%）对煤的分散能力以及在煤上的单层吸附量和相应的123,电位都比原品低。
关键词!水煤浆，流变特性，成浆性，木质素磺酸钠，吸附特性中图分类号：456)；78)%!!!!!文献标识码：9!!!!!文章编号："###:#)"$（(##)）#):#6;<:#)(##6:#5:";收稿，(##6:"#:#$修回国家自然科学基金资助课题（)##;6#%%）木质素磺酸盐是一类重要的水煤浆（HA,?I,32J K?BJJL ，MN-）添加剂，且主要来源于造纸废液。
因造纸原料和工艺的差别，使木质素磺酸盐的性能差别较大，虽然用前一般都经进一步纯化和改性，却很少能达到常用萘系等添加剂的分散降粘效果，但木质素磺酸盐制浆的流变特性和稳定性都较好［"，(］。
本文对木质素磺酸钠不同分级物对MN-的流变性及煤的成浆性的影响进行了研究。
!"实验部分!G !"试剂和仪器选用阳泉无烟煤（O8），潞安瘦煤（P9），鹤壁贫瘦煤（QR ），淮南气煤（QS ），唐山"T %焦煤（7-），北宿气煤（R-）)个煤样，煤质分析与红外光谱分析结果，以及磨矿与粒度分布分别见前文［%，6］。
较高流速下水煤浆的流变特性实验研究摘要：水煤浆具有液体一样的流动性和稳定性，被称为液态煤炭产品。
根据有关人员的研究结果发现，随着浆体流速的增加，煤浆的浓度越高阻力损失就越大。
不同浓度的兖州煤浆在较小剪切速率下属于剪切变稀的浆体，但是随着剪切速率的增加，浓度大于60%的煤浆有效粘度趋于稳定，而浓度低于60%的煤浆有效粘度却逐渐增加，表现出一定的剪切变稠特性。
本文对较高流速下水煤浆的流变特性展开研究分析，以供参考学习。
关键词：水煤浆；剪切速率；流变特性；一、管流法的原理管流法测量流体的流变模型时，流体在管道内做恒定剪切流动，通过测量流体流经管道内的体积流量及一段管长L上相应的压降ΔP，它们通过一定的转换都能间接地提供流体的剪切速率与剪切应力之间的关系。
用管流法原理测量水煤浆的流变特性时，认为水煤浆是不可压缩的流体，并对其在管道内的流动作如下假设：粘性层流、稳定流动、均匀流动、沿管壁无滑移。
二、水煤浆的级配试验煤种为神华煤，颗粒真实密度为1.365g/cm3，煤粉经过标准筛筛分，三种颗粒的平均粒径分别为52μm、156μm和266μm。
所有浆体均由煤粉、自来水和添加剂在储罐中经过充分搅拌混合而成。
当浆体固相体积分数改变时，均采用新制备的浆体。
所有制备的浆体中添加剂的量均采用添加剂（kg）/煤粉（kg）保持在相同水平。
采用双峰分布颗粒制浆，小颗粒能够进入到大颗粒无法进入的空隙，小颗粒在这空隙中充当了“润滑”的作用，从而能够有效地降低浆体的黏度，增加浆体的最大体积分数。
经实验验证。
当小颗粒体积分数为35%时，体积浓度分别为46.4%和49.1%的浆体黏度最小。
三、水煤浆流变特性实验3.1水煤浆的性质水煤浆是粉煤分散于水介质中所形成的固液悬浮体。
如欲提高水煤浆气化的技术经济效益，必须首先制备出高浓度（含固量）、低粘度、易泵送和稳定性好的煤浆。
水煤桨中固体颗粒直径大多大于20μ，属于粗分散体系，而且是一个不均匀的、动力不稳定的体系，存在着重力沉降问题。
（冶金行业）水煤浆流变性描述公式和解释水煤浆流变性描述公式和解释水煤浆是固液俩相的非牛顿流体.其流变性十分复杂，影响因素也较多，对水煤浆输送和燃烧起决定性作用.水煤浆是由煤粉，水和少量添加剂混合加工制成的稳定流体．影响水煤浆成浆和流变特性的因素很多。
在壹定范围内程度不同地改变这些属性，能够提高输送以及使用的效率和安全性。
描述水煤浆流变特性——流变学属性水煤浆属于复杂的多相悬浮体系,施加剪切应力产生的速率梯度受到其内部物理结构变化的影响,反过来内部的物理结构又会因剪切作用而引起变化,因此水煤浆的流变特性呈现复杂多样性。
从目前的研究见,水煤浆涵盖了牛顿流体和几乎各种类型的非牛顿流体。
由于具有较高的固相含量、相对较小的煤粉颗粒以及添加剂的加入使煤粉颗粒和水紧密结合形成网状结构,多数水煤浆表现出显著的非牛顿流体特性。
水煤浆的非牛顿流体特性通常具有如下特点:非单相性,即流变特性要用多个参数来表示;非单值性,粘度随剪切应力发生变化;非可逆性,粘度和剪切作用的持续时间有关,即表现出壹定的触变性。
多数工业用水煤浆存在屈服应力,在低剪切速率和高剪切速率下均呈现牛顿流体特性,在中等剪切速率下呈现剪切稀化特性,只有极少呈现胀流性流体特性。
常用描述水煤浆流变特性常用的经验模型公式有:牛顿流体:τ=μγ宾汉塑性模型:τ=τy+hpγ幂率模型:τ=Kγn屈服-幂率模型:τ=τy+KγnCasson模型:τ0.5=τy0.5+(hpγ)0.5Sisko模型τ=h∞g+KγnEL模型-τy=γ/(A+Bτα-1)式中:τ、τy———分别为剪切应力和屈服应力,Pa;μ———粘度,Pa·s;hp———刚度系数,Pa·s;h∞———高剪切速率对应的极限剪切粘度,Pa·s;K———稠度系数;n———流变特性指数。
之上流变模型也称作本构方程,模型中的各参数是需要通过试验确定的流变参数,是水煤浆固有的物性参数。
在流变特性研究中,可根据研究目的、对象和剪切速率范围等选择不同的模型。
由于水煤浆流变特性复杂,之上经验模型很难全面反映速率和响应之间特性,应用这类本构方程描述水煤浆的流动特性时都会出现壹定偏差。
在流变特性研究中,往往借用牛顿流体粘度的概念,即表观粘度或剪切粘度来表征水煤浆的流动性。
对非牛顿流体,表观粘度是剪切速率的函数,它能够清晰地表明受到剪切作用时浆体抵抗变形的能力。
因此,考察剪切粘度的影响因素和变化规律对水煤浆流动特征的认识和工程应用具有十分重要的价值。
试验仍表明，水煤浆的表观粘度及剪切应力和剪切速率有关。
水煤浆浓度在35%左右时，它们之间的关系仍呈线性。
当水煤浆浓度进壹步提高，就会出现剪切速率增加，其表观粘度的降低及剪切应力的增加趋势将愈益显著，且开始偏离线性关系。
直至水煤浆浓度》50%时，其相互关系已明显地偏离线性，同时，随剪切速率的上、下行变化其剪切应力或表观粘度出现上、下行的差异，且呈现壹定的屈服应力，只是煤种不同其变化程度有所不同。
随着水煤浆浓度的再提高，其剪切应力或表观粘度的上、下行差异增大，且表观粘度随剪切速率增加而降低的趋势愈趋明显。
试验结果如图2、4所示。
试验表明，壹般水煤浆浓度达到50%时，已明显地偏离牛顿流体。
随着水煤浆浓度的进壹步提高，煤粒之间的液体减少，从而增强了粒子间相互作用的力，形成更多的粘滞性大的凝聚结构团，致使水煤浆的结构粘度增大，触变特性增强，同时仍出现了屈服应力。
可见，浓度超过50%的水煤浆已属具有触变特性及壹定屈服应力的非牛顿型流体。
非牛顿型拟塑性流体的剪切应力关联式中较有代表性的方程式应是指数律方程:T=K(dw/dr)^a式中:k为均匀系数，k值愈大表明流体的粘度愈高;n为流变特性系数，表示偏离牛顿型流体的程度。
对不同水煤浆的实验数据进行回归处理，可求得上述被研究的各种水煤浆流变特性的重要参数n和k，而且它的相关系数达0.99之上，说明实验结果能和指数律方程很好地吻合，所得n值均小于1。
n<1是拟塑性流体的特征，更进壹步证昵水煤浆浓度》50%时，确属非牛顿型和拟塑性流体。
关于水煤浆对流变特性的要求:水煤浆从制浆到燃烧或气化要经过储存、管道输送和雾化过程,要求浆体具有良好的稳定性、输送特性和雾化特性。
之上3种特性分别由低剪切速率、中等剪切速率和极高剪切速率下的流变特性决定,这就要求水煤浆在粘度、流动性和沉降性能方面达到良好的平衡。
工业用水煤浆理想的流变特性应为:具有较高的浓度,静止状态下能够保持良好的稳定性,即具有壹定的屈服应力;在和管道输送过程和雾化过程相对应的中等剪切速率(10s-1~200s-1)和高剪切速率(5000s-1~30000s-1)下都应保持较低的粘度。
当煤粉含量较高时,水煤浆粘度会随浓度的增加而急剧地增大;当浓度较低时,浆体的流动性增加,但稳定性变差,燃烧效率或气化过程中碳转化率相应地降低。
因此,改善水煤浆流变特性的重点应在保证合理粘度的前提下尽量提高水煤浆的浓度。
水煤浆流变特性的影响因素影响水煤浆流变特性的主要因素有:(1)煤种及煤的理化特性;(2)固相含量;(3)颗粒大小及分布;(4)添加剂的种类和用量;(5)浆液的pH值;(6)温度等。
固相含量对水煤浆的流变特性具有最直接的影响：有试验表明,在较低浓度下水煤浆呈现牛顿流体特性;质量分数>50%时,随浓度的增加,拟塑性特征迅速增加。
Tsai发现[4],由幂率流体特性的溶剂和煤粉制成的浆体在低剪切速率下的拟塑性却随浓度升高而减小。
Fedir对高水分褐煤的成浆特性研究发现[5],随浓度的增加或煤粉粒径的减小,浆体的非牛顿流体特性增加;屈服应力和煤粉含量、煤粉的颗粒大小分布、内孔面积等因素间存在密切的相关性。
固相含量对流变特性的影响和最大填充份额密切相关,多种水煤浆的屈服应力~浓度关系研究显示：固相体积份额和最大填充份额之比(φ/φm)在0.85~0.90范围内,屈服应力急剧增加,且在φ/φm=0.90~0.95时趋向无穷大;另外,对具有牛顿流体特性的水煤浆粘度测量表明,相对粘度和(1?φ/φm)呈反比关系。
壹般地,水煤浆的粘度随浓度增加而增加,且在固相体积份额达到40%之上时开始表现出非牛顿流体特性。
工业用水煤浆的煤粉含量非常接近可达到的浓度上限,即使是浓度的微小增加也会对流变特性产生显著影响。
因此,对给定的煤粉-水俩相系统,煤粉含量应控制在粘度急剧增加的浓度范围以下。
壹般地,升高温度有利于提高水煤浆的流动性：试验表明,升高温度在降低粘度的同时也使浆体的非牛顿流体特性弱化。
温度的影响仍和温度所在范围有关。
温度低100℃时,水煤浆粘度随温度升高而降低,在温度高于100℃时则呈相反趋势。
2种试验浆体的转折温度发生在50℃和70℃左右,在转折温度之上拟塑性特性随温度升高而增加。
温度的影响和剪切速率有关,低剪切速率下升高温度会增加颗粒间的碰撞机率,从而使颗粒聚且趋势增加,最终导致浆体的粘度升高。
在高温条件下(如高于373K)测量了水煤浆的流变特性,由于煤粉颗粒发生分解和化学反应引起了浆体内部物质结构的显著变化,导致浆体的流变特性随温度的变化规律比常规条件下更加复杂。
颗粒大小对液-固浆体流动性能的影响有2种根本途径:(1)浆体流动过程中,壹定颗粒粒径差异对颗粒层间的相对运动产生影响;(2)颗粒粒径变化时引起最大填充份额变化。
其中,后者的影响更为显著,要获得低粘度的水煤浆,煤粉必须具有较大的最大填充份额。
均匀分布颗粒制成的浆体通常具有较高的粘度和较低的最大填充份额,除采用添加剂的方法外,采用合理的粒径分布或颗粒级配则是改善水煤浆流动性和稳定性的最有效和最常用的方法。
通过优化粒径分布获得了最佳的水煤浆流变特性。
特别是对成浆性能较差的高水分煤种,通过简单的粗细颗粒配比使浆体的稳定性显著改善,浆体的粘度降低达到5倍左右。
这主要是因为粗细颗粒配比形成了合理的排列结构,提高了颗粒的流动性能。
颗粒形状对流变特性也具有显著的影响,壹般地,颗粒偏离球形的程度越大,水煤浆的粘度越大,非牛顿流体特性也越显著。
综上所述，欲制取高浓度水煤浆必须重视粒度分布问题。
考虑到水煤浆的流动性、稳定性以及制粉的动力消耗和煤浆的用途等因素，可见采用d粗/d细=7~11，粗、细粒重量含量比在4/6~6/4范围内属双模粒度分布的煤粉，更有利于配制成高浓度的水煤浆。
分散系数的影响目前，表达粒度分布的方程式很多，其中较为广泛应用的是ROSIN粒度分布式式中:Rd是孔径为d(件m)筛网上残留量，d是筛网的孔径(件m);1/d。
是说明粉体细度的系数;m是表明粒度分布宽度的系数，通常称为分散系数，其值愈大表明粒度分布范围愈窄。
流变机理和公式的解释尽管对水煤浆的流变特性研究已有很多,但迄今为止,在流变机理方面尚缺乏深入的研究。
下面引用的是孟令杰.增压流化床煤水混合物输送特性研究。
孟令杰提出的煤水混合物流变机理可较好地解释流变特性和物质结构之间的关系,其主要内容如下:(1)无论在静止状态仍是在剪切状态下,壹部分水分用来浸润煤粉颗粒表面,且形成壹层被颗粒表面吸附而不能参和流动的薄液体层;(2)在浆体受到剪切作用后,颗粒间原有的空间网状结构遭到破坏且在高剪切速率下形成沿剪切方向的层状颗粒排列,即煤粉颗粒排列由随机的排列结构状态向沿剪切方向的层状有序结构状态转变,其排列有序程度和施加的剪切应力相关;(3)在有序排列的煤粉层中,颗粒和颗粒间的水分不参和剪切流动;(4)在受到剪切作用且达到稳定状态时,剪切变形主要发生在有规律排列的煤粉颗粒层和层之间的水层中,而煤粉颗粒层上吸附的水分变形很小。
图1给出了受到剪切作用后煤水混合物流变结构的变化过程,φsp、φδ、φip、φef分别为颗粒相、颗粒表面吸附的液相、颗粒间隙中的液相以及自由水分的体积份额。
由之上假设,水煤浆的粘度主要取决于φef的大小:φe f=1-φδ-φs p-φi p能够见出,在壹定的煤粉浓度下,要获得水煤浆的良好流动性能,就要设法降低φδ和φip。
应用该流变机理,孟令杰等等理论合理解释了浓度、粒径以及剪切速率等因素对煤水混合物流动特性的影响,而且得到了流动性能最佳的粗细颗粒配比。
该流变机理能够对水煤浆的粘度特性、剪切稀化特性以及高剪切速率下浆体的牛顿流体特性作出较好的解释。
图1煤水混合物的流变结构示意图对某些浓度较高的水煤浆,在高剪切速率下往往表现出剪切增稠特性。
目前,主要存在2种变机理对此作出了较好的解释。
另外壹种理论其示意图如图2。
当浓度较高时,颗粒间达到较为密实的堆积,颗粒和颗粒之间的相对滑动将会增加颗粒层间距离,导致动量在垂直于剪切方向上进行传递,使浆体表现出胀流体特性。
仍有壹种机理就是:当高于壹定剪切速率时,部分颗粒会从原有的颗粒层中分离出来,导致了原有的有序流动向无序流动转变,且以粘度增加的形式表现出来。
