尿素溶液制备冰浆的流动特性研究

作者：张盛世; 赵彦杰^*; 李兆宁

来源：制冷学报, 2021, 42(01): 149-159.

• 冰浆
• 尿素溶液
• 水平直管
• 流动特性
• 含冰率

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(λ)与将冰浆看做牛顿流体计算得到的理论值(λ0)的比值偏离1的程度与IPF和Re的关系。研究结果表明:λ/λ0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8mm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。

• 单位
  天津大学