一种确定水煤浆流变模型中临界剪切速率的新方法

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,时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.     

高流速含沙浑水体流变特性试验研究

加速行进中的洪水具有高含沙、高流速和粗粒径的特点,而针对洪水的流变特性研究关注点多为高含沙量,忽略了高流速即高剪切速率的特点。以黄河下游泥沙为研究对象,系统地研究了高流速剪切条件下含沙量、剪切模式、温度和盐度对流变特性的影响。结果表明,在高流速剪切条件下（剪切速率≥ 1200 s-1,对应线性流速为3.6 m/s）,含沙量在106.64 ~ 957.83 kg/m3范围内的浑水体符合牛顿流体的应力本构关系,不存在屈服应力,表观黏度与含沙量呈指数关系。温度降低并未改变浑水体的流变特性,但会使其表观黏度增加,且温度越低黏度增幅越大,浑水体黏度增大梯度约为等温度清水的数倍至十几倍。盐度变化对该测试浑水体的表观黏度和流变特性影响甚微,可忽略不计。本研究结果可为高流速水流挟沙和远距离输沙研究提供理论参考。     

污泥水焦浆管道输送的壁面滑移和减阻特性

在小型浆体输送试验装置上系统地研究了污泥水焦浆的流变特性、滑移速度和阻力特性。采用Tikhonov正则化方法确定了水焦浆的真实流变特性和壁面滑移速度,研究了污泥添加量对水焦浆真实流变特性、壁面滑移效应、阻力特性和滑移减阻特性的影响。结果表明:水焦浆为胀塑性流体;向水焦浆中添加5%的污泥,浆体的剪切增稠特性减弱;污泥添加量达到10%时,水焦浆随剪切速率增大由胀塑性流体向假塑性流体转变。水焦浆的滑移速度随剪切速率呈加速增长趋势;污泥水焦浆的滑移速度随剪切速率呈减速增长趋势。水焦浆管道流动的阻力系数较大,污泥水焦浆的阻力系数显著降低。水焦浆的滑移减阻率随流速增大而增大,污泥水焦浆的滑移减阻率随流速增大而减小。     

剪切速率对饱和黄土强度特性的影响

为了研究饱和黄土强度的影响因素,以原状饱和黄土为研究对象,应用TSZ30-2型台式三轴仪,进行了不同剪切速率及围压下的固结不排水三轴试验(CU)研究,试验结果表明剪切速率对饱和黄土的应力应变关系及强度特性有重要影响。在相同围压下,饱和黄土的峰值剪切强度随着剪切速率的增大呈现出先增后减的变化趋势,存在临界剪切速率;随着剪切速率的增大,内摩擦角逐步减小,黏聚力先增大后减小。     

圆筒剪切模型中磁流变液的流变特性研究

为了研究磁流变液在圆筒剪切模型中的流变特性,建立了以圆筒剪切模型为基础的实验装置。首先,通过理论分析得到了磁流变液在圆筒剪切模型中的层间传力模型,切应力和剪切速率测量方法。其次,通过ANSYS对圆筒剪切模型中磁流变液的磁场强度进行了仿真模拟,并以实验测量验证,得到了磁场强度分布。最后以理论分析为基础,通过实验测量得到了切应力与剪切速率和磁场强度之间的关系,并得到了拟合公式。实验表明,磁流变液流切应力与磁场强度的比值为0.162k Pa/m T,与剪切度率的比值为0.00026k Pa·s,磁场强度的增强能够较大地提升磁流变液的工作能力。     

一种新型磁流变复合胶及其可控流变特性

以羰基铁粉为磁性颗粒、甲基硅油和明胶/琼脂胶溶胶溶液的复合物为基体及各种添加剂制备了多组类液态磁流变复合胶样品。利用流变仪分别在旋转剪切模式和振荡剪切模式下对样品进行流变特性试验研究。结果表明,基体胶质物的含量对其流变特性影响较大。基体胶质物含量越高,剪切屈服强度越大且最大为92.1k Pa;胶质物含量对磁流变复合胶的线性粘弹性范围几乎没有影响;胶质物含量越高,磁流变复合胶的剪切储能模量越大,且绝对模量最大变化可达2.526MPa;添加纳米Si O2能提高磁流变复合胶的剪切屈服应力且能拓宽磁流变复合胶在磁场下的可调范围。     

内齿形空间电极电流变阻尼器的电场仿真分析

传统电流变阻尼器的电场强度与电流变液流动方向垂直,在高速冲击大剪切速率工况下,电流变液的剪切速率使用上限无法进一步提高,限制了它在更高剪切速率区间的应用。为解决此问题提出的交指状电极结构,能够提供二维正交电场分量,其有效电场强度可用电流变液工作区间内各点位的电场平行分量与0.3倍的电场垂直分量之和来表示,此数值的最小值与该电场分布下的电流变液屈服强度成线性关联。在此基础上,本文进一步提出了一种内齿形空间电极电流变阻尼器,具有三维正交电场分量,即使在高速冲击下电流变液发生湍流,也能够在工作区间内有效地控制流体运动行为,提升电流变阻尼器在高剪切速率工作区间的电流变控制能力。本文使用有限元分析软件COMSOL Multiphysics对内齿形空间电场进行了仿真分析,系统地研究了空间电极几何参数对空间电场有效电场强度体积分的影响规律。仿真结果表明,电极间绝缘层厚度增加时,有效电场强度体积分的数值逐渐增大;电极长度增加,该值先平缓增长、在拐点后快速增加;随着正负电极交角有效值的增加,该值逐渐减小;电极对数增加,该值呈现上升趋势。上述结果符合电场平行分量能够增强电流变效应的假设。     

无磁场下磁流变液的温度特性及其幂律模型参数识别

磁流变液稳定工作的温度范围为-50~150℃,磁流变器件在工作过程中会发热,特别是连续高冲击工作情况下会严重发热,从而超出磁流变液稳定工作温度范围,影响磁流变器件工作的可靠性。针对美国Load公司的MRF132磁流变液,研究了不同温度下剪切应力与表观粘度随剪切速率的变化,并利用Origin软件分别对不同温度下磁流变液剪切速率与剪切应力进行幂律模型曲线拟合和参数识别。研究表明,幂率模型能够较好地描述零磁场下磁流变液的力学特性,不同温度下对于所有的流动指数n都满足n<1,表明不同温度下磁流变液具有剪切稀化特性,此特性符合粘度特性曲线,该工作对磁流变液温度特性的深入研究提供理论依据。     

磁场作用下磁流变液的流变行为

制备了羰基铁粉为磁性颗粒的水基磁流变液。分别测定了该磁流变液磁场作用下的流变行为及零场流变行为,并采用Bingham模型和Casson模型及剪切稀化关系对获得的流变行为进行了拟合计算,探讨了磁流变液的剪切屈服强度和磁场强度之间的响应关系。研究表明,Bingham模型和Casson模型均可较好地描述磁流变液的流变行为;磁场作用下,磁流变液的剪切应力和表观粘度显著增高,剪切屈服强度从约2Pa增大到约80kPa;剪切率为50s-1时的表观粘度从约64mPa.s增加到约1600Pa.s;该磁流变液的剪切屈服强度与磁场强度之间存在指数关系,其值约为1.7~1.8。     

浓度对水煤浆壁面滑移和流变特性的影响

在中试规模水煤浆输送试验装置上,采用直径25、32、40和50 mm的直管系统地考察了浓度对水煤浆壁面滑移流动特性的影响。联合采用经典Mooney滑移修正方法和Tikhonov 正则化数值计算方法,确定了水煤浆的真实流变特性和壁面滑移特性。结果表明,在低浓度区,滑移速度随浓度增加而增加;在高浓度区,滑移速度随浓度增加而降低。管内流动存在临界剪切应力,只有壁面剪切应力高于临界剪切应力时才产生壁面滑移现象;临界剪切应力和屈服应力随浓度增加有相同的变化趋势,2者相对大小不同,导致滑移贡献率随壁面剪切应力的变化呈现2种相反的趋势。浓度越高,真实剪切粘度越大,非牛顿流体特性越显著。