中等浓度表面活性剂溶液流变特性的实验研究

为研究剪切速率和溶液浓度对中等浓度表面活性剂溶液流变特性的影响,在25℃、1～300s-1剪切速率范围内,对质量分数分别为0.05%、0.07%、0.10%和0.15%的CTAC/NaSal表面活性剂溶液进行稳态模式下的流变测量.研究表明,随着表面活性剂浓度的增大,由剪切诱导转变引起的黏度增稠率依次减小,当浓度达到某一临界饱和值时不再有剪切诱导转变发生,该浓度所对应的黏度-剪切速率流变曲线称为最大黏度线.当浓度低于临界饱和浓度时,在以临界剪切速率为界的两区域内,剪切速率-剪切应力流变曲线分别符合对数模型.从能量的视角分析了剪切诱导结构(SIS)可能的形成机理,指出诱导SIS形成的临界能量值本质上是由胶束结构决定的.从流变的角度指出,对于中等浓度的表面活性剂溶液,SIS不再是产生湍流减阻的必要条件.     

TS和温度对污泥流变特性的影响

对污水厂的污泥进行流变特性分析,考察不同TS下污泥的极限黏度、屈服应力、触变性等流变特征指标的变化规律,并重点探讨TS和温度对污泥流变特性的影响。结果表明：当活性污泥TS为0.86%时,剪切速率从0增加到100s-1的过程中,污泥具有假塑性流体的特征,但随剪切速率的不断增大(100s-1到1000s-1时）,表现出胀塑性流体的特征,其流变特性可用Herschel-Bulkley模型来描述。屈服应力与TS的呈幂律关系;极限黏度和触变环面积与TS呈指数关系;污泥黏度和触变环面积随温度升高而呈现降低趋势,且低剪切速率对黏度这种趋势的影响更加显著。     

总固体和温度对污泥流变特性的影响

对污水厂的污泥进行流变特性分析,考察不同总固体(total solid,TS)下污泥的极限黏度、屈服应力、触变性等流变特征指标的变化规律,并重点探讨TS和温度对污泥流变特性的影响。结果表明:当活性污泥TS为0.86%时,剪切速率从0~100 s-1的过程中,污泥具有假塑性流体的特征,但随剪切速率的不断增大(100~1 000 s-1时),表现出胀塑性流体的特征,其流变特性可用Herschel-Bulkley模型来描述。屈服应力与TS的呈幂律关系;极限黏度和触变环面积与TS呈指数关系;污泥黏度和触变环面积随温度升高而呈现降低趋势,且低剪切速率对黏度这种趋势的影响更加显著。     

污泥的滑移现象及其特性分析

为了确定对于脱水污泥是否存在滑移现象以及影响壁面滑移的可能因素,采用平行板旋转流变仪(AR2000)并借助高速摄像机进行实验,采用直线标记法观察滑移现象,考察了应力应变数据对平行板间距的依赖性,同时研究阶跃应变扫描时间应力曲线的趋势。结果表明,剪切试验表明随着应变增大,含水率80%的污泥,剪切应力在某一处发生分叉,即剪切应力依赖于间距,说明发生了滑移现象,同时将其用来研究临界剪切应力以及计算滑移速度的大小,初步拟合出剪切应力和滑移速度的公式。而含水率90%的污泥应力应变污泥曲线重合较好,即没有滑移发生。同时对含水率80%的污泥在不同剪切速率下进行了5s和60s的扫描,5s与60s情况下剪切速率分别于大于10s-1和0.5s-1时时间应力曲线出现峰值情况,即均有滑移现象发生,故浓度、剪切速率和时间均对滑移有一定影响。     

赤泥浆体流变特性和流变模型适用性研究

流变特性对泥浆的运动具有重要的意义,同时也是泥浆运动数学模型开发的基础.本研究主要目的是得到赤泥浆体的流变特性,通过数据拟合找到能描述赤泥流变特性的最优模型.采用RST-SST流变仪对6种不同含水率的赤泥浆体进行流变试验,结果表明：剪切应力随着剪切速率的增加先迅速增长,随后缓慢增长;表观黏度均随着剪切速率的增加而迅速降低,出现“剪切稀化”行为;选取3种流变模型(Ostwald-de Waele Medoel, Herschel-Bulkley Model和Bingham Model)对赤泥浆体流变试验数据进行拟合,研究发现Herschel-Bulkley模型对赤泥流变特性描述最佳.基于Herschel-Bulkley模型,提出了赤泥剪切应力本构公式,可计算不同含水率和剪切速率下的剪切应力,为了解赤泥力学特性和数学模型开发提供了科学依据.     

硅树脂基磁流变胶流变特性研究及Herschel-Bulkley模型参数识别

为了探究硅树脂基质磁流变胶的流变特性,自行制备了羰基铁粉质量分数分别为30%、50%、70%的三种磁流变胶MRG-30、MRG-50、MRG-70,并对其展开稳态旋转剪切测试和动态振荡剪切测试.结果表明:剪切应力随磁场变化分为快速增长、缓慢增长、饱和三个阶段,羰基铁粉含量对零场粘度、剪切应力、响应速率影响较大,MRG-70磁流变效应最好;磁流变胶的流动特性符合Herschel-Bulkley函数变化规律,且非牛顿指数n都满足n1,具有剪切稀化特性;线性粘弹性区域临界应变幅值rLVE随着磁感应强度增强而增大,磁流变胶的储能模量对频率的依赖性微弱;法向应力随着磁感应强度增强而增大,但频率对材料的法向应力的影响十分微弱.     

污泥屈服特性与壁面滑移临界条件

为了确定脱水污泥的屈服特性、发生壁面滑移时的临界剪切应力值,采用平行板旋转流变仪(R/S+CPS)和高速摄像机(Trouble Shooter)对较低含水率的脱水污泥进行试验,同时借助直线标记法、屈服应力对剪切速率的敏感度以及通过稳态扫描来分析剪切应力剪切速率数据对平行板间距的依赖性,从而判别滑移的存在并得到临界条件。结果表明,含水率为83%的污泥在剪切速率为5~60 s -1作用下,表现出剪切稀化,并且由于可能是存在壁面滑移的原因,致使屈服应力对剪切速率敏感,其值随着剪切速率的增加而减小。对于含水率为84%、85%、86%的脱水污泥,明显地观察到壁面发生滑移,而且对比多组不同工况下的剪切应力剪切速率数据,发现不重叠;而对于含水率为88%的污泥,其两种现象恰恰相反。产生的壁面滑移速度随着壁面剪切应力的增大而增大。因此含水率以及剪切应力对污泥壁面滑移速度是有一定影响的,甚至可能存在临界剪切应力值。     

剩余污泥低温热水解中试

中国污泥有机物质量比低,厌氧消化速率慢、产气少,60℃左右的热水解是改善措施之一。该文在热水解罐中进行了剩余污泥低温热水解的中试研究,采用热泵供热。对水力停留时间(HRT)、温度(T)、污泥含固率和有机物质量比(CVSS/CSS)等对剩余污泥低温热水解的影响以及重要性进行了分析。试验结果表明:低温热水解的最佳工艺条件为:HRT为1d,温度54~60℃,污泥含固率3%。加碱可以促进水解,当污泥含固率5%时,调节pH到10可使VSS去除率和有机物溶出率分别增加46.8%和100%。正交试验结果表明:温度、污泥含固率和有机物质量比都是热水解的关键影响因素,各因素对VSS去除率和有机物溶出率影响的重要性顺序一致,由大到小的顺序为:污泥含固率、温度、有机物质量比。在最佳工况下,剩余污泥低温热水解后进行中温(35℃)厌氧消化,消化时间10d的情况下,沼气产量比未低温热水解时增加44%。     

全尾砂膏体充填临界质量分数

以全尾砂充填膏体为研究对象,利用四叶桨式旋转式流变仪测试质量分数为69%～81%的充填料浆的流变特征及其参数,采用赫谢尔-布尔克莱模型回归得出料浆在剪切速率为0～120 s-1条件下的流变模型.结果表明:质量分数为69%～81%的料浆流变模型为屈服伪塑性体,质量分数为81%的料浆为宾汉塑性体;流变性能指数n与料浆的质量分数呈线性关系,随质量分数的增大而增大.膏体的临界质量分数为80.91%.     

磁流变液的流变性能分析

制备了以羰基铁粉为磁性颗粒的硅油基磁流变液,使用Anton Paar Physica MCR 301流变仪测试其流变性能,用Bingham模型对磁流变液的流变性能进行拟合计算。实验表明,Bingham模型可较好地描述磁流变液的流变行为。随着磁场的增大,磁流变液的剪切应力和粘度显著增大。磁场不变时,随着剪切速率增加,磁流变液剪切应力增加不明显,符合剪切稀化的Bingham模型。通过对数拟合的方法,得出磁流变液剪切应力和电流的关系,在电流较小时,剪切应力呈指数增长,指数值约为1.42,随着电流的增大,剪切应力达到稳定值。