發(fā)布時(shí)間：2020-06-19 20:46

【摘要】：納米顆粒流態(tài)化技術(shù)因具有高效、高性價(jià)比的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)而成為當(dāng)今研究和應(yīng)用熱點(diǎn),但易在流化底部形成漏斗狀沉積,流化質(zhì)量不斷降低,限制了納米顆粒大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行流化。論文基于此問(wèn)題,在研究常規(guī)納米顆粒流化特性的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了輔助旋風(fēng)裝置,通過(guò)在流化底部通入沿切向環(huán)狀的高速氣流,打破底部沉積,改善納米顆粒的流化情況。本實(shí)驗(yàn)采用初始粒徑為25nm的SiO_2顆粒進(jìn)行流化實(shí)驗(yàn),通過(guò)對(duì)流化高度、局部壓降、聚團(tuán)粒徑、空隙率及固含率等實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行比較分析,研究常規(guī)納米顆粒流化實(shí)驗(yàn)中流化風(fēng)速、初始床高對(duì)納米顆粒流化特性的影響。在此基礎(chǔ)上引入輔助旋風(fēng)裝置,研究輔助旋風(fēng)對(duì)納米顆粒流化行為的改善作用,并在總流量保持一定的前提下,研究不同配風(fēng)比工況中流化行為的差異,尋找了優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)參數(shù)。研究發(fā)現(xiàn),由于流化底部沉積的影響,納米顆粒最小流化速度的測(cè)定曲線和其他類型顆粒不同,隨著流化風(fēng)速減小,床層壓降曲線不存在明顯轉(zhuǎn)折點(diǎn)來(lái)判斷最小流化速度值,并且底部沉積帶來(lái)的影響隨著納米物料初始靜床高的增加而逐漸減弱。加入輔助旋風(fēng)裝置后,在總流量一定前提下,輔助旋風(fēng)的加入打散了底部沉積,最小流化速度測(cè)定得到改善,但針對(duì)兩股氣流下最小流化速度的判定標(biāo)準(zhǔn)還有待進(jìn)一步研究。流化風(fēng)速和初始床高是影響納米顆粒流化特性的主要因素,兩者均直接或間接的影響了氣固兩相間曳力的改變,從而引起納米顆粒流化過(guò)程中眾多參數(shù)的變化。研究發(fā)現(xiàn),流化風(fēng)速、初始床高的增加促進(jìn)了納米顆粒膨脹運(yùn)動(dòng),減弱了納米顆粒沿軸向分布的不均勻性。同時(shí)使用小波變換對(duì)局部壓降的波動(dòng)性能進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)流化風(fēng)速、初始床高的增長(zhǎng)加劇了納米顆粒流化過(guò)程的紊亂程度,在中低頻范圍內(nèi)增強(qiáng)了物料沿軸向交換頻率和交換量,加速了流化過(guò)程中聚團(tuán)的生長(zhǎng)進(jìn)程,聚團(tuán)平均粒徑增加。針對(duì)納米顆粒流化過(guò)程中底部沉積問(wèn)題,本實(shí)驗(yàn)加入輔助旋風(fēng)裝置,輔助旋風(fēng)從多個(gè)角度提升了納米顆粒的流化質(zhì)量,從宏觀現(xiàn)象來(lái)看,一方面輔助旋風(fēng)打散了底部沉積,延緩了流化高度的下降進(jìn)程,增強(qiáng)了納米顆粒流化百分比,物料分布更加均勻;另一方面,通過(guò)流化風(fēng)和輔助旋風(fēng)相互作用,增強(qiáng)了納米顆粒在中高頻區(qū)域的湍流程度,氣固相互作用的頻率范圍得到提升;從聚團(tuán)特性來(lái)看,聚團(tuán)平均尺寸降低,延長(zhǎng)了納米顆粒的流化時(shí)間,更有利于其進(jìn)入一個(gè)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)。此外,在總流量保持一定的前提下,隨著輔助旋風(fēng)流量占比增加,納米顆粒流化行為存在最佳點(diǎn),在占比為30%時(shí),聚團(tuán)平均粒徑最小、沿軸向物料交換量最多、局部壓降最大、沿軸向物料分布最均勻,將輔助旋風(fēng)從多方面最大程度提升了納米顆粒的流化質(zhì)量。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB383.1
【圖文】：

圖 1-1 典型流化床類型[4]1.3 納米顆粒與 Geldart 分類簡(jiǎn)介圖 1-2 表示了 Geldart 分類方法，通過(guò)密度和顆粒粒徑為特征參數(shù)，將顆粒分為 4 類，并以 Geldart A、Geldart B、Geldart C、Geldart D 類顆粒命名，通常簡(jiǎn)稱為 A、B、C、D 類顆粒。A 類顆粒屬于細(xì)顆粒，平均粒徑處于 20-100um，流化過(guò)程中隨著風(fēng)速增加，在物料膨脹的同時(shí)產(chǎn)生氣泡，在氣泡不斷產(chǎn)生和破碎的過(guò)程中循環(huán)運(yùn)動(dòng)，一定程度上影響了傳熱傳質(zhì)過(guò)程。B 類顆粒平均粒徑處于 100-700um 之間，與 A 類相比，B 類顆粒在流化過(guò)程膨脹高度較低，物料很難達(dá)到往復(fù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，氣泡上升速度較快，從而使得氣泡不斷從床層溢出。C 類顆粒平均粒徑通常小于 20um，由于粒徑小，粘性作用明顯，流化質(zhì)量較低，在底部容易形成溝流、節(jié)涌等不良現(xiàn)象。綜合范德華力、液橋力、毛細(xì)力、靜電力等眾多因素，C 類顆粒以團(tuán)聚物方式參與流化，自身空隙率較高，比表面積更

圖 1-2 Geldart 顆粒分類納米級(jí)顆粒的粒徑介于 0.1-100nm 之間，這一粒徑范圍是宏觀尺度和微觀尺度過(guò)渡區(qū)域，搭起宏觀現(xiàn)象與微觀性質(zhì)的橋梁，具有重要的科學(xué)研究?jī)r(jià)值；其次，在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域，納米級(jí)顆粒自身粒徑較小，并以聚團(tuán)結(jié)構(gòu)參與流化，具有高空隙、高比面積性質(zhì)，在流化過(guò)程中具有高反應(yīng)率、光學(xué)效應(yīng)、催化效應(yīng)等獨(dú)特性質(zhì)，這些優(yōu)異的性質(zhì)使得納米顆粒在實(shí)際應(yīng)用中具有巨大的潛力價(jià)值，在藥品[5]、服裝[6]、化妝品[7]和可再生能源[8]等領(lǐng)域具有愈加廣泛的應(yīng)用。1.4 納米顆粒流態(tài)化研究現(xiàn)狀1.4.1 納米顆粒流態(tài)化綜述在宏觀現(xiàn)象領(lǐng)域，Chaouki 等人[3]最先提出納米級(jí)顆粒流化及聚團(tuán)概念，他們發(fā)現(xiàn) Cu/Al2O3納米微粒在流化過(guò)程中形成穩(wěn)定的團(tuán)簇物，并以均勻的方式擴(kuò)散，這種團(tuán)簇物具有高空隙、高比表面積的性質(zhì)。[9]

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王建;徐寶;周濤;梁喜珍;陳永斌;;添加FCC粗顆粒后納米顆粒聚團(tuán)流態(tài)化性能[J];新型工業(yè)化;2014年10期

2 刁潤(rùn)麗;周濤;章鋒;王輝;;非磁性納米SiO_2顆粒在磁場(chǎng)流化床中的流態(tài)化[J];廣州化學(xué);2010年04期

3 周勇敏,蔡順華,張少明;大顆粒流態(tài)化特性的實(shí)驗(yàn)研究[J];南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2005年02期

4 梁華瓊,周勇,李愛(ài)蓉,段蜀波;超細(xì)顆粒在聲場(chǎng)流化床中的流化特性[J];高校化學(xué)工程學(xué)報(bào);2004年05期

5 王W

本文編號(hào)：2721321