【摘要】：移動(dòng)床具有顆�？蛇B續(xù)再生,操作壓降較低且能夠在高溫下進(jìn)行操作等優(yōu)點(diǎn),被作為反應(yīng)器和分離器而應(yīng)用于化工生產(chǎn)中。理解各因素對(duì)顆粒停留時(shí)間分布的影響以及抑制空腔的形成對(duì)于移動(dòng)床的操作來(lái)說(shuō)十分重要。深入理解其中顆粒流的行為對(duì)于達(dá)到上述目的來(lái)說(shuō)是必要的,但這在復(fù)雜場(chǎng)力的作用下難以實(shí)現(xiàn)。料倉(cāng)中的顆粒流動(dòng)受力情況較為簡(jiǎn)單且對(duì)其的研究也有助于理解移動(dòng)床中的顆粒流動(dòng)。本工作采用離散元模擬方法研究了矩形料倉(cāng)穩(wěn)態(tài)卸料過(guò)程中的壁面應(yīng)力和顆粒的流動(dòng)行為,并通過(guò)分析其中的力網(wǎng)來(lái)理解顆粒流動(dòng)。在此基礎(chǔ)上,模擬研究了移動(dòng)床中的顆粒停留時(shí)間分布,并提出向移動(dòng)床中混入粗顆粒的方法來(lái)抑制空腔形成。本工作的主要研究?jī)?nèi)容和成果如下：(1)研究了在料倉(cāng)卸料過(guò)程中料倉(cāng)和顆粒的幾何參數(shù)對(duì)壁面應(yīng)力和壁面應(yīng)力系數(shù)的影響。增大料倉(cāng)尺寸使得需要被支撐的顆粒載荷增多,進(jìn)而增大了壁面應(yīng)力。在漸縮段附近,顆粒載荷難以傳向垂直壁面,進(jìn)而使得垂直壁面的應(yīng)力迅速減小。在該區(qū)域之外,壁面應(yīng)力系數(shù)不受料倉(cāng)半錐角,顆粒進(jìn)料口尺寸以及粒徑分布的影響,但是在壁面上的力鏈橫穿整個(gè)料倉(cāng)時(shí)受到料倉(cāng)尺寸的影響。(2)研究了壁面摩擦系數(shù)對(duì)應(yīng)力系數(shù)的影響。當(dāng)一個(gè)壁面的摩擦系數(shù)增大時(shí),該壁面上力鏈的相對(duì)密度增大,進(jìn)而增強(qiáng)了該壁面對(duì)支撐顆粒載荷所做出的貢獻(xiàn)。一個(gè)壁面對(duì)顆粒載荷的支撐作用增強(qiáng)時(shí),相鄰壁面對(duì)顆粒載荷的支撐作用變?nèi)�。一個(gè)壁面上所形成的力鏈則有可能增強(qiáng)相鄰壁面的正應(yīng)力。當(dāng)壁面摩擦系數(shù)足夠大時(shí),壁面上力鏈的強(qiáng)度取決于內(nèi)摩擦系數(shù)以及料倉(cāng)在該壁面法向方向上的尺寸,進(jìn)而使得壁面應(yīng)力系數(shù)對(duì)壁面摩擦系數(shù)不敏感。通過(guò)系統(tǒng)研究建立了校正有效內(nèi)摩擦角與壁面摩擦系數(shù)和內(nèi)摩擦系數(shù)之間的關(guān)系。在采用Walker's模型來(lái)預(yù)測(cè)壁面應(yīng)力系數(shù)時(shí),用校正有效內(nèi)摩擦角代替有效內(nèi)摩擦角大大提高了預(yù)測(cè)精度。(3)研究了在中心卸料和偏心卸料過(guò)程中,料倉(cāng)的壁面摩擦系數(shù)對(duì)卸料速率的影響,以及在顆粒性質(zhì)和料倉(cāng)性質(zhì)變化時(shí)該影響過(guò)程的變化。總體來(lái)說(shuō),增大壁面摩擦系數(shù)抑制了顆粒與壁面之間的相對(duì)滑動(dòng)進(jìn)而使得卸料速率減小。這一影響在采用楔形料倉(cāng)和粗糙顆粒時(shí)更加顯著。相對(duì)于垂直段壁面摩擦系數(shù)來(lái)說(shuō),漸縮段壁面摩擦系數(shù)更顯著地影響卸料速率。隨著料倉(cāng)寬度的增大或是料倉(cāng)出料口的減小,壁面對(duì)顆粒流動(dòng)的抑制作用被削弱,而顆粒粒徑分布的變化則不影響這一抑制作用。(4)研究了顆粒和料倉(cāng)的性質(zhì)對(duì)移動(dòng)床中顆粒停留時(shí)間分布的影響,并通過(guò)分析床層速度分布和卸料速率的變化來(lái)理解顆粒停留時(shí)間分布的變化。壁面上和床層中間的顆粒流速差異隨著壁面摩擦系數(shù)的增大而增大,但隨著內(nèi)摩擦系數(shù)的增大而先增大后減小。在水平外加場(chǎng)作用區(qū)域內(nèi),這一速度差異隨著場(chǎng)強(qiáng)的增大而進(jìn)一步增大。以上垂直速度差異的變化使得無(wú)因次方差發(fā)生同樣的變化。隨著半錐角的增大,顆粒流向出口時(shí)的水平速度減小,進(jìn)而使得無(wú)因次方差增大。顆粒在床層中的平均停留時(shí)間隨著卸料速率的減小而增大,故而隨著壁面摩擦系數(shù),內(nèi)摩擦系數(shù)和半錐角的增大而增大,但不受水平外加場(chǎng)的強(qiáng)度和作用范圍的影響。(5)研究了向移動(dòng)床中混入粗顆粒來(lái)抑制空腔形成的方法。隨著粗顆粒的混入或是其濃度的增大,場(chǎng)力對(duì)支撐顆粒載荷的貢獻(xiàn)減小,進(jìn)而抑制了空腔的形成。若所混入的粗顆粒具有光滑的表面且集中分布在壁面附近,向壁面?zhèn)鬟f的顆粒載荷增大,特別是在壁面附近粗顆粒的濃度較大時(shí)。這有利于進(jìn)一步抑制空腔的形成。在更大尺寸的床層中,這一方法也能顯著抑制空腔的形成。
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ051.13
【圖文】：

圖１．１研究框架逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ邋ｏｆ邋化ｅ邋化ｅｓｉｓ．逡逑本課題研巧內(nèi)容基本框架如圖１．１所示，各章的主要工作內(nèi)容如下：逡逑第１章；緒論。論述本課題的背景，意義，研究思路１＾義及研巧內(nèi)容。逡逑

圖２．１徑向流移動(dòng)床反應(yīng)器示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｇｅｏｍｅｔｒｙ邋ｏｆ邋ｒａｄｉａｌ邋ｆｌｏｗ邋ｍｏｖｉｎｇ邋ｂｅｄ邋ｒｅａｃｔｏｒ．逡逑

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本文編號(hào)：2735726