尿素溶液制备冰浆的流动特性研究

在实际应用中,通常采用管道输送的方式将冰浆运送至待冷却区域进行热交换,因此,研究冰浆的流动特性具有重要意义.本文基于冰浆制备及流动特性测试实验台,以质量分数为5％的尿素溶液制备的冰浆为研究对象,通过可视化观测冰浆中冰粒的尺寸及分布并测量冰浆的运动黏度,分析了管径、含冰率(IPF)、流动压降以及管道摩擦阻力系数与雷诺数(Re)之间的关系,同时分析了不同管径水平不锈钢管内冰浆摩擦阻力系数的实验值(A)与将冰浆看做牛顿流体计算得到的理论值(A.)的比值偏离1的程度与IPF和Re的关系.研究结果表明:入/A.随IPF的增加而增大,随Re的增加而降低,即在高Re情况下冰浆更接近于牛顿流体,而高IPF的冰浆却与牛顿流体偏差较大.利用幂律模型分析冰浆的流动特性,发现流动特征指数n'随着IPF的增大而降低,在管径为6 mm管内,当IPF从6％增至26％,n'从1.006降至0.611;而稠度系数K'与IPF呈现正相关,在管径为8 mm管内,当IPF从6％增至26％,K'从0.015增至0.274.当IPF介于5％～30％范围内,n,随着管径的增大略有减小,K'随着管径的增大而逐渐增大.通过研究修正雷诺数和范宁摩擦阻力系数的关系,发现随着IPF的增加,管径为4、6和8 mm管道内的转折修正雷诺数ReMR的范围分别为2 500～3 200、1 600～2 300和1 500～1 900.