水流态化下粗砂颗粒悬浮额外阻力研究摘要：颗粒的力学分析是粗颗粒管道运输的重要研究内容，流态化下颗粒力学研究是一种有效的研究方法。为了研究流态化条件下上升水流中粗砂颗粒所受阻力，利用实验手段，分别对颗粒直径为0.5mm、1.2mm、2mm、3.3mm和4.5mm的粗砂颗粒在垂直水流中的流动阻力进行了分析研究。实验数据结果表明，粗砂颗粒还受到额外阻力作用。由此提出了采用干涉力前增加额外阻力系数来描述该额外阻力的方法。通过对实验数据的拟合，给出了额外阻力系数的表达式，并给出了额外阻力同水流上升平均速度和颗粒粒径的变化关系。关键词：管道运输；额外阻力；流态化；粗砂颗粒；平均速度；粒径：U171文献标志码：A：1672-1098（2015）02-0043-05ResearchofCoarseSandPSuspensionExtraResistanceinFluidizationStateWANGTie-liDepartmentofCoalPipelineTransporting，WuhanDesignandResearchInstituteCo.，LTD，ChinaCoalTechnologyandEngineeringGroup，WuhanHubei430064，China）Abstract：TheresearchingaboutForcinganalysisofpisveryimportantincoarsepspipelinetransportation.Forcingresearchofpsinfluidizationstateisaneffectivemethod.Inordertostudycoarsesandpresistanceoftherisingflowinfluidizationconditions，thetoughingtheexperimentalmethodanalyzedcoarsesandpresistanceoftheverticalrisingfloThestudyingpsizesare0.5mm，1.2mm，2mm，3.3mmand4.5mm.Theresultsofexperimentaldatashowingthereisadditionalresistancetocoarsesandps.Itusedakindofmethodaddingadditionaldragcoefficientforwardinterferenceforcetoshowtheextraresistance.Byfittingtheexperimentaldata，theextraresistanceformulaandtherelationshipbetweenadditionalresistance，averagevelocityoftherisingflowandthediameterofpwereobtained.Keywords：pipelinetransportation；extraresistance；fluidization；coarsesandp；averagevelocity；diameterofp近年来，越来越多的管道运输工程涉及到粗颗粒物料的管道输送技术。若干学者的研究表明，粗细颗粒在水中运动规律具有显著的不同点[1-3]。浆体中固体颗粒运动过程中的阻力研究，是研究浆体阻力损失、速度乃至浓度分布的基础。这方面的研究必然涉及到液体（一般是水流）和固体颗粒滑移速度，而研究滑移速度最简单的情况就是研究流态化状态下液体（一般是水流）和固体颗粒的相对运动。1垂直管道流态化下颗粒受力分析颗粒处于流态化状态时，其受力平衡方程可以用下式描述[4]：（4）式（1～4）中：wb为颗粒受到的有效重力，N；fDi为水流对颗粒的拖曳力，N；fhi为所研究颗粒受到其他颗粒的干涉作用力，N；de为固体颗粒的等效直径，m；ρs为固体颗粒密度，kg/m3；ρ为清水的密度，kg/m3；vi是流经固体颗粒间的清水速度，m/s；CDi是基于vi的阻力系数；C是固体颗粒浓度，%；Rep是固体颗粒雷诺数；α，β为球形颗粒斯万逊常数，分别取06626和5368。对于细颗粒管道流动情况，前期的研究表明[5-8]，式（1）是成立的，但是对于较粗颗粒的情况，还有待于进一步验证。2粗颗粒流态化实验及结果分析21粗颗粒流态化实验流态化实验采用一根长度为16m，直径为100mm的透明玻璃管，上、下回水管、进水管、水泵和水箱构成实验系统。试验中水泵采用IS80-65-160型清水水泵，泵流量15～30m3/h，扬程7～9m，配备15kW电机。泵和电机均密封于水箱内部。流量测量选用DN32管道一体式电磁流量计。流速通过流量计数据转换得出。为了减小误差，流量计上、下两侧的管长度均大于03m。试验中，颗粒直径分别为05mm、12mm、2mm、33mm和45mm的河砂，经过加工，近似球形。颗粒密度为2650kg/m3。试验管道上、下端附近各安设有金属网，两金属网之间的距离为12m。实验初期，下部金属网上颗粒层堆积厚度为120～140mm，通过控制泵出口处的闸阀调节流量，从而实现泵的出口流量在06～30m3/h范围内变化。逐渐加大水流速度，开始少量颗粒开始悬浮直至颗粒充满整个试验管段。分别测量不同阶段对应的速度和颗粒体积浓度。随着水流上升平均速度的不断增大，测量和记录对应的颗粒浓...