【摘要】：顆粒堆積問(wèn)題廣泛存在于地質(zhì)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、材料冶金、化學(xué)工程等諸多領(lǐng)域。在石油化工領(lǐng)域中,研究催化劑顆粒的堆積特性對(duì)于優(yōu)化固定床反應(yīng)器的傳熱傳質(zhì)具有重要意義。實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中非球形顆粒堆積的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于球形顆粒,但目前對(duì)非球形顆粒堆積的研究還較少。由于利用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法研究顆粒堆積獲取的信息較模擬方法有限,本文基于離散單元法建立了類圓柱非規(guī)則顆粒的堆積模型,并從堆積率,配位數(shù)以及顆粒取向三方面考察了該非球形顆粒的堆積特性。首先,通過(guò)反復(fù)堆積操作得到類圓柱顆粒的隨機(jī)堆積結(jié)構(gòu)。然后,考察了填充初始結(jié)構(gòu)、容器直徑以及顆粒長(zhǎng)徑比對(duì)隨機(jī)堆積結(jié)構(gòu)的影響。研究表明,填充初始狀態(tài)對(duì)隨機(jī)堆積結(jié)構(gòu)中顆粒取向分布影響較大。顆粒客觀上具有水平排布趨勢(shì)。小幅增加容器直徑可顯著降低結(jié)構(gòu)徑向堆積率以及平均配位數(shù)大小,增強(qiáng)顆粒水平排布的趨勢(shì)特征。由于所研究類圓柱粒子具有凹形表面,結(jié)構(gòu)有效堆積率與長(zhǎng)徑比不成絕對(duì)反比關(guān)系。隨機(jī)堆積結(jié)構(gòu)中,越細(xì)長(zhǎng)的顆粒需要的配位顆粒越多;越扁平的顆粒水平排布特征越顯著。最后,本文還探究了一維豎直振動(dòng)對(duì)該非球形顆粒堆積結(jié)構(gòu)的影響,研究發(fā)現(xiàn)存在兩種致密化機(jī)理,一種作用于振動(dòng)強(qiáng)度較小時(shí),結(jié)構(gòu)中的顆粒呈現(xiàn)水平排布趨勢(shì),最終形成低勢(shì)能的緊密堆積結(jié)構(gòu);另一種作用于振動(dòng)強(qiáng)度較大時(shí),顆粒呈現(xiàn)豎直排布特點(diǎn),最終形成高勢(shì)能的近晶結(jié)構(gòu)。
【圖文】：

中國(guó)石油大學(xué)（北京）碩士專業(yè)學(xué)位論文第 1 章 緒 論1.1 顆粒物質(zhì)顆粒物質(zhì)是指大量不同尺寸離散顆粒的集合。顆粒物質(zhì)廣泛存在于自然界以及日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中。其存在形式也多種多樣，小到組成物質(zhì)的原子、分子，大到宇宙星體，，均為不同尺度的顆粒體系存在形式，如圖 1.1 所示。

圖 1.2 振動(dòng)條件下堆積結(jié)構(gòu)的演變過(guò)程，(a) (b)分別表示初始和振動(dòng)終了顆粒堆積狀態(tài)；(c)~(f)顯示了從初始到振動(dòng)終了堆積結(jié)構(gòu)頂部隨時(shí)間的變化[14]Fig. 1.2 Evolution of particle packing under vibration conditionZhang 等人[15]研究了直徑為 1.8mm 的等徑圓柱體粒子在直徑為 23mm 的圓柱形容器中的堆積結(jié)構(gòu)。輔助 X 射線顯微斷層攝像技術(shù)和一種新穎的程序算法重構(gòu)了實(shí)驗(yàn)中得到的堆積結(jié)構(gòu)，從整體（宏觀）和局部（微觀）兩方面來(lái)分析等徑圓柱體粒子的堆積特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，邊壁嚴(yán)重影響了整體堆積率，當(dāng)邊壁區(qū)域堆積密度與中心區(qū)域的接近時(shí)，此時(shí)堆積結(jié)構(gòu)堆積密度最大。且此時(shí)臨近壁面的顆粒呈現(xiàn)出顯著的整體有序性，如圖 1.3 所示。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TE65;TQ021

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本文編號(hào)：2597784