玉米秸秆悬浮液流变性能及其对螺带搅拌桨混合特性的影响

【摘要】：秸秆悬浮液的流变性能对于其输送和混合问题具有重要意义。本文采用ARES流变仪的平行平板测试系统研究了玉米秸秆悬浮液的稳态和动态流变性能。稳态流变实验考察了玉米秸秆质量分率、颗粒粒径大小和微波碱预处理对悬浮液表观粘度的影响,并用幂律模型和宾汉模型分别关联出秸秆悬浮液的流变参数和宾汉屈服应力值,结果表明：玉米秸秆悬浮液为高度剪切稀化流体,秸秆颗粒质量分数增加,秸秆悬浮液的粘度、稠度系数和宾汉屈服应力急剧增加；粒径减小,未预处理的秸秆悬浮液粘度先增大、后急剧下降,而微波碱预处理再粉碎后的秸秆悬浮液粘度值在粒径分布从80-100目变化到180-200目过程中几乎不变化；和未预处理的秸秆悬浮液相比,微波碱预处理后再粉碎过程对表观粘度的影响取决于颗粒粒径和颗粒质量分率,而先粉碎再微波碱预处理过程使粘度和稠度系数大幅度增加、剪切稀化性能增强。动态流变实验考察了微波碱预处理对秸秆悬浮液的线性粘弹区和粘弹性模量的影响,用动态法得出屈服应力值,并与宾汉屈服应力值做了比较,结果表明动态法和稳态法确定的屈服应力比较一致。此外,针对秸秆燃料乙醇生产过程中体系剪切稀化性能逐渐减弱的这种变化,采用两种剪切稀化性能不同的模拟介质黄原胶(XG)水溶液和羟甲基纤维素(CMC)水溶液,研究了物系流变性能变化对螺带搅拌桨混合特性的影响。结果表明：剪切稀化性能较强的XG水溶液的功率常数Kpn值随着浓度升高而增大,而剪切稀化性能较弱的CMC水溶液的Kpn值随着浓度升高而减小；XG水溶液的无因次混合时间在较低雷诺数范围内为常数,CMC水溶液的无因次混合时间随着雷诺数增加先增大后减小。 【关键词】：秸秆悬浮液 流变性能 螺带搅拌桨 功率消耗 混合时间
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TQ223.122
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 前言9-11
• 1.1 研究背景和意义9-10
• 1.2 研究内容10-11
• 第二章 文献综述11-23
• 2.1 悬浮液流变性11-18
• 2.1.1 悬浮液中颗粒受力情况11
• 2.1.2 悬浮液流动曲线和流变方程11-12
• 2.1.3 悬浮液流变研究的实验方法12
• 2.1.4 粒子悬浮液流变研究12-15
• 2.1.5 纤维悬浮液流变研究15-16
• 2.1.6 生物质悬浮液流变研究16-18
• 2.2 假塑性流体混合18-22
• 2.2.1 螺带搅拌桨的流型和混合机理18-19
• 2.2.2 搅拌功率测量和关联19
• 2.2.3 混合时间及其测量19-22
• 2.2.4 流变性质对搅拌功率和混合时间的影响研究22
• 2.3 小结22-23
• 第三章 实验方法23-28
• 3.1 秸秆悬浮液流变测量23-24
• 3.1.1 原料、试剂和仪器23-24
• 3.1.2 悬浮液配制24
• 3.1.3 流变测量技术24
• 3.2 假塑性流体在螺带桨搅拌槽中的混合实验24-27
• 3.2.1 模拟介质及其流变测量24
• 3.2.2 实验装置、试剂和仪器24-25
• 3.2.3 搅拌功率测量25-26
• 3.2.4 混合时间确定26-27
• 3.3 小结27-28
• 第四章 玉米秸秆悬浮液流变性能研究28-42
• 4.1 玉米秸秆的形状28-29
• 4.2 玉米秸秆悬浮液的稳态流变实验结果29-36
• 4.2.1 秸秆质量分率对悬浮液表观粘度的影响29-30
• 4.2.2 微波碱预处理过程对秸秆悬浮液粘度的影响30-35
• 4.2.3 秸秆粒径分布对悬浮液粘度的影响35-36
• 4.3 玉米秸秆悬浮液的动态流变实验结果36-39
• 4.3.1 微波碱预处理对秸秆悬浮液的线性粘弹区的影响36-37
• 4.3.2 微波碱预处理对秸秆悬浮液的动态频率扫描结果的影响37-39
• 4.4 秸秆悬浮液的屈服应力39-40
• 4.5 小结40-42
• 第五章 假塑性流体的流变性能对螺带搅拌桨混合性能的影响42-59
• 5.1 模拟介质的流变性能42-51
• 5.1.1 浓度对XG和CMC水溶液流变性能的影响42-44
• 5.1.2 温度对XG和CMC水溶液流变性能的影响44-49
• 5.1.3 剪切历史对XG和CMC水溶液流变性能的影响49-50
• 5.1.4 混合实验对XG和CMC水溶液流变性能的影响50-51
• 5.2 流变性能对搅拌功率的影响51-55
• 5.2.1 XG和CMC水溶液的功率曲线51-55
• 5.2.2 剪切稀化程度对功率常数值的影响55
• 5.3 流变性能对混合时间的影响55-57
• 5.3.1 转速对混合时间的影响55-56
• 5.3.2 桨叶旋转方向对混合时间的影响56-57
• 5.3.3 XG水溶液和CMC水溶液无因次混合时间和雷诺数关系57
• 5.4 小结57-59
• 第六章 结论与展望59-61
• 6.1 结论59-60
• 6.2 展望60-61
• 参考文献61-65
• 致谢65

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