【摘要】：在烯烴氣相聚合、固料燃燒等眾多工業(yè)流態(tài)化過(guò)程中,流化顆粒通常為粒徑毫米級(jí)的粗顆粒。由于顆粒自身物性、流化床局部溫度過(guò)高等原因,流化的粗顆粒常常表現(xiàn)出黏性,顆粒間接觸易產(chǎn)生固體橋力,造成黏結(jié)團(tuán)聚,引發(fā)失流死床,嚴(yán)重影響工業(yè)流化床的運(yùn)行。為了解決粗黏性顆粒團(tuán)聚引起的流態(tài)化失穩(wěn)問(wèn)題,論文從本征的角度出發(fā),結(jié)合實(shí)驗(yàn)和模擬的研究手段,從微觀單顆粒尺度、介觀顆粒群尺度和宏觀反應(yīng)器尺度,基于顆粒運(yùn)動(dòng)信息和氣相壓力脈動(dòng),研究了粗黏性顆粒的黏性力、黏結(jié)特性和流化特性。圍繞這一目標(biāo),開(kāi)展了三方面的研究工作:單顆粒的黏結(jié)特性實(shí)驗(yàn)研究;流化床中粗黏性顆粒的黏結(jié)特性研究;流化床中粗黏性顆粒的流化特性研究。取得了以下研究成果:(1)在顆粒尺度上,通過(guò)對(duì)固體橋生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)觀測(cè),發(fā)現(xiàn)單顆粒黏結(jié)過(guò)程中存在固體橋生長(zhǎng)、收縮、致密多種現(xiàn)象;基于無(wú)量綱固體橋半徑,依據(jù)頸長(zhǎng)指數(shù),發(fā)現(xiàn)隨著黏結(jié)時(shí)間延長(zhǎng),固體橋的生長(zhǎng)機(jī)制會(huì)發(fā)生從粘性流動(dòng)到表面擴(kuò)散的轉(zhuǎn)變。采用針入度參數(shù)計(jì)算無(wú)量綱固體橋抗拉強(qiáng)度,考慮了材料流變性能對(duì)固體橋抗拉強(qiáng)度的影響,結(jié)合材料的拉伸強(qiáng)度,發(fā)現(xiàn)固體橋抗拉強(qiáng)度在所研究的溫度范圍內(nèi)隨溫度升高先增大后減小。(2)在顆粒群介觀尺度上,首先,采用流化床實(shí)驗(yàn)和耦合黏附模型的流化床CFD-DEM模擬兩種研究手段,基于固體橋力的實(shí)驗(yàn)值與模擬值,首次建立了模擬黏性參數(shù)(方阱深度)和實(shí)驗(yàn)黏性條件(溫度)的聯(lián)系。然后,通過(guò)對(duì)黏結(jié)過(guò)程的實(shí)驗(yàn)研究和模擬演繹,獲得了粗黏性顆粒流黏結(jié)過(guò)程的架橋規(guī)律。整個(gè)架橋過(guò)程分為四個(gè)階段:顆粒發(fā)黏,在碰撞高頻區(qū)黏結(jié)成核;黏結(jié)核在分布板-壁面夾角區(qū)聚集,形成單邊架橋;單邊架橋相向生長(zhǎng),架接形成雙邊架橋,架接初期雙邊架橋易被氣體沖散,恢復(fù)單邊架橋狀態(tài);架接-破碎-再次架接過(guò)程反復(fù)發(fā)生,隨著黏結(jié)時(shí)間的延長(zhǎng),床層黏性整體增強(qiáng),最終形成穩(wěn)定的雙邊架橋,引發(fā)死床。(3)在反應(yīng)器尺度上,獲得了不同黏性下粗黏性顆粒流的流型轉(zhuǎn)變規(guī)律,并通過(guò)S吸引子比較法實(shí)現(xiàn)了對(duì)粗黏性顆粒流態(tài)化的死床預(yù)測(cè)。隨著顆粒黏結(jié)性的增強(qiáng),顆粒間黏性力逐漸增加,粗黏性顆粒流會(huì)發(fā)生從正常的鼓泡流態(tài)化到湍動(dòng)流態(tài)化和失流死床的流型轉(zhuǎn)變。通過(guò)床層壓降、壓力脈動(dòng)偏差和小波分析可知,初始階段,顆粒產(chǎn)生黏性,開(kāi)始黏結(jié)成核,床層氣泡平均直徑增大,氣泡和顆粒聚團(tuán)不斷聚并破碎;當(dāng)黏性升高到一定程度,黏性力增大,床層中氣流作用與顆粒的黏性力相當(dāng),聚團(tuán)粒徑穩(wěn)定,流化床會(huì)經(jīng)歷短暫的聚團(tuán)流態(tài)化,氣泡類似正常的鼓泡流態(tài)化;進(jìn)一步升高黏性,顆粒聚團(tuán)生長(zhǎng),形成床層尺度的大結(jié)塊和大氣泡,顆粒相團(tuán)聚破碎劇烈,氣相聚并破碎加劇,會(huì)出現(xiàn)溝流或節(jié)涌的現(xiàn)象;繼續(xù)升高黏性,流化床會(huì)迅速失流死床。
【圖文】：

第２章文獻(xiàn)綜述現(xiàn)出類似液固流化體系的膨脹狀態(tài)。Ｂ類顆粒在表觀氣速超過(guò)最小流床層即產(chǎn)生氣泡，一般呈現(xiàn)出鼓泡流態(tài)化。Ｃ類顆粒的尺寸最小，顆吸引力較大，極易聚團(tuán)，引發(fā)溝流，難以正常流態(tài)化。Ｄ類顆粒較Ｂ粒徑和密度均更大，易產(chǎn)生大氣泡甚至引發(fā)節(jié)涌，難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定流態(tài)１0Ｓ邐逡逑

ＧｅｌｄａｒｔＢ和Ｄ類的兩種顆粒在常溫下均能正常流態(tài)化。但當(dāng)溫度升高，原本無(wú)逡逑粘的兩種顆粒間會(huì)由于固體橋力，黏結(jié)在一起，小的形成聚團(tuán)，大的形成結(jié)塊，逡逑如圖２．２所示。逡逑§邋＾邋ｍ逡逑ＷＭＭＭ：逡逑圖２．２高溫流化床中的聚團(tuán)（ａ）玻璃珠，（ｂ）燃燒灰分［１２］逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２．２邋Ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅｓ邋ａｔ邋ｈｉｇｈ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋（ａ）邋ｇｌａｓｓ邋ｂｅａｄｓ，邋（ｂ）邋ＦＢＣ邋ａｓｈ［Ｉ２］逡逑在烯烴氣相聚合領(lǐng)域，聚烯烴顆粒發(fā)黏，會(huì)粘在反應(yīng)器壁面或形成大結(jié)塊沉逡逑在反應(yīng)器底部，，影響反應(yīng)器內(nèi)的傳質(zhì)和傳熱，干擾流化床的穩(wěn)定運(yùn)行。下圖為工逡逑業(yè)聚丙烯臥式反應(yīng)器中顆粒黏結(jié)形成的聚團(tuán)，其粒徑為２？５邋ｃｍ，易導(dǎo)致反應(yīng)器逡逑局部失流，當(dāng)其下沉?xí)r會(huì)造成設(shè)備堵塞［６］，此外，聚團(tuán)還會(huì)不斷長(zhǎng)大，如不及時(shí)逡逑破碎和清理，很有可能造成反應(yīng)器死床［１３］。逡逑４逡逑
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ051.13

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2675830