张启华 康 顺 谢之昂 张为栋 闫召旭 匡世波

∗(江苏大学流体机械工程技术研究中心，江苏镇江212000)

†(莫纳什大学工程学院，澳大利亚墨尔本3800)

研究表明，使用竹子、秸秆等天然材料制成的纤维悬浮液在流场中具有减阻效果，可在一定程度上实现节能减排，进而减少环境负荷[1-2]。通过对圆管中含马来西亚稻草纤维粒子悬浮液的压降测量，Ahmed等[3-4]观察到了质量浓度为0.6%的纤维粒子在流速为2.8m/s的流场中流动时产生的减阻效应。通过对长度范围5～25mm，浓度范围在0.1%～0.4%的秸秆纤维粒子悬浮液的测量表明阻力是增加的[5]。可见，不同形状、尺寸纤维粒子可以产生完全相反的阻力特性。然而，上述现象背后的物理机理尚缺乏系统的阐释。

以往工程研究中报道的减阻案例并不多。通过在水力旋流器中添加浓度为0.9%的牛皮纸浆纤维，最多可减少58%的阻力[6]。在泵送小麦秸秆纤维粒子(<3.2 mm)的过程中，也出现了类似的减阻现象[7]。在造纸工业中，纸浆输送主要通过离心泵来提供动力。因此，减阻特性有望在制浆、造纸和污水处理等离心泵参与的典型工业流程中发挥巨大的节能潜力。

通过对造纸业的调查表明，截至2018年，中国已连续9年成为全球最大的纸张纸板供应商和需求市场[8]。造纸行业约占全球电力消耗的10%，其中，泵占了造纸行业电力消耗的28%。选择合适的泵能够极大地提高造纸业的能源利用效率[9]。在输送纸浆悬浮液时，泵的性能与输送清水时有很大不同，通过对6台泵的现场测试表明，输送悬浮液比输送清水预计可节省200～1200 MW·h[10]。可见，如果能够对输送纤维悬浮液的泵特性有深入的研究，就有实现节约大量能源的可能。

为了揭示纤维−流场相互作用，Capone等[11]对质量浓度为0.002%和0.006%的尼龙纤维悬浮液进行了粒子图像测速法(particleimagevelocity,PIV)测量。……