近年来,国家鼓励对高浓度黏稠固体废弃物(浓密膏体)通过燃烧发电、土地资源化利用和填埋等方式进行资源化利用和无害化处置。管道输送具有在输送过程中对环境不会产生二次污染、基建投资和运营成本低、对地形适应性强、自动化程度高等一系列优点,是解决煤泥输送最适宜的方法之一。但由于浓密膏体黏度高、屈服应力大,其管道输送需要的压力大、能耗高,输送距离相对较短,且管道磨损严重。因此改变浓密膏体的流动状态,减小单位长度阻力损失,增加其输送距离,降低膏体与管道的磨损速度,提高输送效率,节约能源,对于促进工业节约发展、清洁发展有重要的现实意义。本文以研究管道输送减阻增程机理为目标,以试验测试为主要研究手段,通过对管道输送试验数据的总结分析,以研究边界层性质对管道输送阻力的影响以及如何实现减阻增程输送为目标,研究工作如下:(1)对浓密膏体固体颗粒的颗粒群体特性及各因素测试方法进行了研究。根据浓密膏体的物理性质界定了其范畴,分别就膏体的各相关物理量及基本特性进行了分析,提出了膏体的相应的量化指标和参数。系统测试了浓密膏体的浓度、黏度、屈服应力等,其中创新性地提出了屈服应力的管流法测试方法。研究了电磁流量计应用于膏体输送流量测量的可行性。研究发现可以用浓密膏体的浓度和电导率来衡量电磁流量计的可用性。应用于煤泥膏体时,保守估计质量浓度上限值为63%,电导率下限值为0.035mS/cm时,电磁流量计可用。(2)浓密膏体管道输送壁面滑移现象的宏观判定。采用了流变仪屈服应力测试和管流法测试,提出了浓密膏体管道输送壁面滑移特性存在的宏观依据。其原理是流变仪采用桨式转子可消除滑移现象,在一定浓度及管径范围下,流变仪所测得的屈服应力大于管流法曲线外推的屈服应力。该现象可说明管流法测试时屈服应力降低了,从侧面说明管流法管道输送时存在壁面滑移现象且壁面滑移可以减小管道输送阻力。实验结果表明浓度越高壁面滑移的影响程度越大。(3)搭建了浓密膏体阻力特性试验研究平台。基于XGS(C)40-89型输送阻力试验台利用边界层润滑减阻原理设计了滑移减阻试验平台,通过管道壁面处的均匀分布的小孔向管道内壁注入液体,使边界层厚度增大,对膏体输送提供润滑作用。该试验台可以控制加入壁面边界层液体的种类、数量、厚度等物理参量,从而进行定量的试验研究。对该试验台的测试精度试验证明其可用于实验研究壁面滑移现象对浓密膏体管道输送阻力损失的影响。(4)以煤泥为测试物料,对边界层性质以及基于边界层变化的管输特性对阻力损失的影响进行单因素研究和多因素分析。膏体管道输送阻力损失随边界层厚度的增加呈指数形式降低,这说明在管道输送中边界层对管道阻力的影响至关重要,利用该现象可实现管道输送减阻。在其他参数不变情况下,任意浓度时,边界层为PEO时的减阻率的值均比边界层为水的减阻程度更明显。其他条件不变时,滑移减阻效果与管径大小有关,管径越小,相同边界层厚度对管道减阻效果越明显。边界层不注入液体时,管径增大时单位长度压差降低作用最显著;边界层厚度越大时,单位长度压差与管道管径的关系越不明显。注入边界层液体时,边界层厚度小于1mm时,相对减阻效果最明显,单位长度压差降低最快,随着边界层厚度的增加,减阻值增大但相对减阻效果降低。以上实验结果为管道边界层的应用提供了直观的依据。(5)首次系统研究了管道特征及边界层性质改变对管道输送减阻率的影响。任意浓度物料,减阻率的值均随着边界层厚度的增大而增大,边界层的增厚对于流体流动的阻力降低有明显的作用。同一浓度物料管道输送时,当滑移边界层厚度增加时,单位长度压差下降较为均匀,且浓度低时压差曲线下降较为平滑。而随着管径的增大,边界层厚度增大,虽然输送速度降低,但单位长度压差下降的幅度依然逐渐降低。说明管径越小,边界层减阻效果越明显。当其他参数不变时,输送速度增大,边界层的减阻率明显降低,减阻率的值增大1%~10%左右。(6)通过正交试验和显著性分析,研究了各因素对减阻率的影响。根据试验数据分别分析了边界层厚度、膏体浓度、减阻剂种类、输送速度单因素变化时对减阻效率的影响,设计正交试验,通过方差分析比较了膏体浓度,边界层厚度δ,管道直径(9,对于膏体单位长度管道输送摩阻损失的影响程度大小;得出三个因素对摩阻损失影响程度为三个因素对输送阻力的影响程度大小依次为:边界层厚度>膏体浓度>管道直径(9。通过分析可得,边界层厚度对输送阻力的影响最大,利用管道输送过程中边界层的这个特性,为工程膏体管道输送的系统设计提供依据。优化管路结构及合理布置减阻装置的位置,为工程管道设计过程中降低管道输送阻力、延长管道输送距离提供合理的依据。