在內(nèi)徑40mm的流化床實驗臺上,研究SiO₂、Al₂O₃和TiO₂3種納米顆粒在振動輔助流化時不同振幅、頻率下的流化特性,比較振動對不同黏性納米顆粒流化的改善程度及原因。結(jié)果表明,在無振動條件下,SiO₂納米顆粒達到穩(wěn)定狀態(tài)時表現(xiàn)為散式流態(tài)化;Al₂O₃和TiO₂納米顆粒在流化床底部形成較大的聚團,導致明顯的流化分層現(xiàn)象。在振動條件下,SiO₂納米顆粒的臨界流化速度降低,床層膨脹高度隨著振幅和頻率的增加而降低;而對于Al₂O₃和TiO₂顆粒,隨著振幅和頻率的增加,臨界流化速度降低,床層膨脹高度增加,流化床底部的聚團尺寸減小,但當頻率和振幅較低時,振動對其流化行為無明顯改善。振動強化了納米顆粒聚團的碰撞,具有促進聚團破碎和密實化的雙重作用。針對不同黏性的納米顆粒,若要達到最優(yōu)的流化質(zhì)量,需要探索不同的振動參數(shù)。 

【文章來源】：中國科學院大學學報. 2020,37(02)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

實驗裝置圖

如圖2(b)和2(c)所示，Al2O3和Ti O2兩種納米顆粒的流化過程與Si O2存在一定差異。表觀氣速較低時，首先出現(xiàn)部分物料懸空，隨著氣速增加，床內(nèi)出現(xiàn)裂紋甚至貫通的凹坑，床層壓降減小，而此時流化床底部有大量毫米級的聚團且部分床料處于固定狀態(tài)，僅床層上部的物料被流化。繼續(xù)增加風速，床內(nèi)出現(xiàn)氣泡，床層上界面模糊，起伏劇烈，表現(xiàn)為鼓泡流化，揚析現(xiàn)象嚴重，并且在流化床的底部仍然觀察到大量約1～2 mm的聚團。因此，Al2O3和Ti O2兩種納米顆粒比SiO2納米顆粒難流化。這是由于納米顆粒之間的黏性力較大，其在流化床中以單級或多級聚團(一次聚團)[22]形式存在，聚團之間由于黏性力而形成的緊密網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(二次聚團)[22]需要一定的力才能被破壞[23]。表觀氣速較低時，流化風引入的能量對聚團結(jié)構(gòu)的破壞能力有限，氣體無法穿過較密實的聚團，從而引起床料懸空現(xiàn)象和較大的床層壓降。隨著氣速增加，氣體對聚團破碎的作用增強。Al2O3和Ti O2納米顆粒間的黏性力相對Si O2納米顆粒較大，從而導致Al2O3和Ti O2兩種納米顆粒具有較高的臨界流化速度和較大的流化聚團。需要注意的是，即使相同種類和原生粒徑的顆粒，由于生產(chǎn)廠家、儲存等不同因素也會影響聚團初始結(jié)構(gòu)，對流化行為也有一定的影響。2.2 振動流化床中納米顆粒的流化

當表觀氣速較低時，3種納米顆粒的床層膨脹比均比無振動時有所增加，且隨振幅的增加而增加，因此振動能一定程度地破壞納米顆粒聚團，有利于提高流化質(zhì)量。當表觀氣速較高時，Al2O3和Ti O2納米顆粒的床層膨脹高度隨著振幅的增加而增加，且聚團尺寸隨之減小，而SiO2納米顆粒的床層膨脹高度卻隨著振幅的增加而有所減小。這是由于在無振動條件下Si O2納米顆粒的床層膨脹比已較大，而振動強化了聚團之間的碰撞，促進了聚團的密實化。而對于另外兩種顆粒，碰撞主要起到破壞聚團結(jié)構(gòu)的作用。此外，當振幅較低(0.5 mm)時，雖然Al2O3和Ti O2顆粒的床層膨脹有一定增加，但是床層底部仍然存在肉眼可見的較大尺寸的聚團。圖4 Si O2、Al2O3和Ti O2納米顆粒的床層膨脹比(f=20 Hz)

【參考文獻】：
期刊論文
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