磁流化床因其振動(dòng)小、噪聲小、裝卸方便、高傳質(zhì)、高傳熱速率等突出優(yōu)點(diǎn)而得到國(guó)內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。為了研究顆粒在磁流化床中的運(yùn)動(dòng)行為并促進(jìn)實(shí)際生產(chǎn),針對(duì)顆粒在流化床中的流動(dòng)特性,國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展了大量的科研工作。但其在微重力領(lǐng)域仍有不小的局限性,而且,目前大多數(shù)的研究主要針對(duì)于單組份顆粒磁流化床,但實(shí)際不可避免會(huì)有多種組份顆粒共同出現(xiàn)。因此,本課題以磁性與非磁性兩種顆粒為研究對(duì)象,應(yīng)用數(shù)值模擬的方法對(duì)微重力條件下雙組份顆粒在磁場(chǎng)流化床內(nèi)的流動(dòng)特性進(jìn)行分析,獲得顆粒系統(tǒng)中氣固兩相流體動(dòng)力特性。本文以離散單元軟球模型為基礎(chǔ),將磁場(chǎng)力模型嵌入顆粒的受力模型中,得到磁性顆粒離散單元軟球模型,對(duì)氣相的數(shù)值求解中選用Navier-Stokes偏微分方程組,氣固相間曳力模型選取Gidaspow曳力模型,并進(jìn)行數(shù)值模擬模型驗(yàn)證。應(yīng)用建立的添加磁場(chǎng)力的離散顆粒軟球模型,對(duì)常重力條件下雙組份顆粒磁場(chǎng)流化床中顆粒流化行為進(jìn)行數(shù)值模擬,分析磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)梯度、表觀氣速對(duì)雙組份顆粒系統(tǒng)顆粒分離特性的影響以及磁性顆粒受力情況。研究發(fā)現(xiàn),在本文研究工況條件下,適合的磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)梯度、表觀氣速對(duì)顆粒分離效果具有較好... 

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磁輔助氣化(MAG)工藝三步法[20]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1-2基于磁流化床2,4,6-三氯酚脫氯反應(yīng)裝置（左）和微球顆粒結(jié)構(gòu)示意圖（右）[27]國(guó)內(nèi)學(xué)者在該研究方向開(kāi)展了相關(guān)研究。Chen等人[28]于2000年在研究Co-Ni雙金屬氣凝膠催化劑還原CO2生產(chǎn)甲烷時(shí)，在流化床反應(yīng)器上添加了磁輔助裝置。結(jié)果表明，床內(nèi)顆粒的流化質(zhì)量得到了改善，團(tuán)聚體的尺寸有所減小，相比于傳統(tǒng)流化床，甲烷的產(chǎn)率提高了7%-12%。此外，在50個(gè)小時(shí)的反應(yīng)中，催化劑的活性很穩(wěn)定。王之肖等人[29]于2005年對(duì)磁流化床強(qiáng)化煙氣脫硫的機(jī)理進(jìn)行了研究，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其可以提高半干法脫硫效率，并分析了其中的作用機(jī)理，顆粒流化質(zhì)量得到改善。姚桂煥等人[30]于2012年研究了磁場(chǎng)在鐵基SCR脫硝過(guò)程中的影響，通過(guò)添加磁場(chǎng)，流化床中的氣泡得到抑制，甚至消失，從而提高了氣固接觸效率。賀玉成等人[31]于2015年研究了羰基化合成碳酸二苯酯（Diphenylcarbonate，簡(jiǎn)稱DPC）磁性催化劑制備及其在磁流化床中流動(dòng)特性，DPC是合成工程塑料聚碳酸酯（PolyCarbonate，簡(jiǎn)稱PC）的主要中間體，具有很高需求量。從目前的工業(yè)研究現(xiàn)狀來(lái)看，磁場(chǎng)流化床主要應(yīng)用在化學(xué)催化方面，且磁穩(wěn)定流化床的應(yīng)用頻率較高，旨在創(chuàng)造散式流化狀態(tài)，提高氣固之間的傳質(zhì)能力。在某些以鐵顆粒為催化劑的反應(yīng)器中，磁場(chǎng)還可提高其催化能力。1.2.2磁場(chǎng)流化床在實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬方面的研究現(xiàn)狀工業(yè)生產(chǎn)要有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)作為支持，國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬對(duì)磁場(chǎng)流化床進(jìn)行了較為系統(tǒng)全面的理論研究。Rosensweig[32]于1979年研究了散式流態(tài)化的磁穩(wěn)定性，基于磁極化應(yīng)力增強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)方程，通過(guò)數(shù)學(xué)穩(wěn)定性的分析預(yù)測(cè)散式流態(tài)化可以通過(guò)磁場(chǎng)作用實(shí)現(xiàn)。這是因?yàn)榇艌?chǎng)作用可抵抗空隙擾動(dòng)的增長(zhǎng)，空隙率波動(dòng)的傳播和衰減與流化系

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文7生了變化，從而改變了氣體的流動(dòng)方式，從而影響傳熱系數(shù)；在磁控鼓泡床流域中，傳熱系數(shù)急劇增加，在氣速足夠大時(shí)趨于常數(shù)，而在混合物料磁流化床中傳熱系數(shù)的變化更加復(fù)雜。研究者們?cè)谥毓I(yè)領(lǐng)域也開(kāi)展了磁流化床相關(guān)研究，Mohanta等人[43]于2013年將磁流化床應(yīng)用在洗煤領(lǐng)域，煤粉分離器原理圖如圖1-3所示。對(duì)于洗煤過(guò)程，流化床的穩(wěn)定性是關(guān)鍵。其中，用于洗煤的氣固流化床為鼓泡流化床，中等大小的固體顆粒上下流動(dòng)，出現(xiàn)固體的反向混合現(xiàn)象，造成床層不穩(wěn)定現(xiàn)象。研究發(fā)現(xiàn)，磁場(chǎng)作用的流化床能夠讓其更穩(wěn)定，抵抗空隙中擾動(dòng)的增長(zhǎng)，從而防止氣泡生長(zhǎng)，并減少了固體顆粒的返混。磁場(chǎng)作用后，床層結(jié)構(gòu)由非有序結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚪Y(jié)構(gòu)，因此最大膨脹比比傳統(tǒng)流化床增大的幅度更大。該特性有利于在較寬的選礦范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)較穩(wěn)定的床層密度。圖1-3煤粉分離器原理圖[43]1.2.4磁場(chǎng)流化床在微重力或者變重力下的研究現(xiàn)狀目前關(guān)于微重力或者變重力下的磁場(chǎng)流化床研究，據(jù)已有文獻(xiàn)調(diào)研得知，其主要應(yīng)用在MAG技術(shù)上，Jovanovic等人[20]于1999年首次對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了公開(kāi)闡述，對(duì)目前其他廢物處理技術(shù)和MAG技術(shù)做了對(duì)比分析，由前文論述可知，其他方法都不適合在微重力環(huán)境下運(yùn)行；此外，該研究為之后的實(shí)驗(yàn)工作打下了理論基礎(chǔ)，包括新型磁性顆粒的制作，梯度磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置和反應(yīng)器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作（采用一系列線性的亥姆霍茲線圈產(chǎn)生恒定的軸向梯度磁場(chǎng)），并論證了MAG技術(shù)的可行性。Jovanovic等人[21]于2003年對(duì)MAG研究工作進(jìn)行了進(jìn)一步的匯報(bào)，制作了成形的磁反應(yīng)器裝置，并在一倍重力下進(jìn)行了磁流化床的流化過(guò)濾實(shí)驗(yàn)，在微重力下進(jìn)行了磁場(chǎng)流化實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，在微重力環(huán)境下，未加磁場(chǎng)的流化床，在微重力?

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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碩士論文
[1]氧化羰基化合成碳酸二苯酯磁性催化劑制備及其在磁流化床中流動(dòng)特性研究[D]. 賀玉成.武漢工程大學(xué) 2015
[2]微小磁流化床內(nèi)納米顆粒流動(dòng)特性的數(shù)值模擬研究[D]. 劉金平.青島科技大學(xué) 2014



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