本文關(guān)鍵詞：導(dǎo)向管噴動流化床形狀不規(guī)則粘附顆粒流動特性

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【摘要】：導(dǎo)向管噴動流化床技術(shù)以其顆粒運動規(guī)律性強、操作粒徑范圍寬等優(yōu)勢,在包覆、造粒和干燥等工業(yè)過程具有極強的實用性及廣闊的發(fā)展?jié)摿�。因�?床內(nèi)氣固兩相流動關(guān)鍵參數(shù)的描述與調(diào)控,已成為材料、化工等領(lǐng)域所關(guān)注的熱點問題。然而,在噴動流化過程中,難點問題在于其涉及形狀不規(guī)則粘附性顆粒的流動及高溫操作。目前國內(nèi)外對形狀不規(guī)則粘附顆粒復(fù)雜流體動力學(xué)規(guī)律尚缺乏深入研究。本文基于試驗和模擬手段,對三維柱錐形導(dǎo)向管噴動流化床內(nèi)復(fù)雜的氣固流動規(guī)律進行系統(tǒng)研究；在明確形狀不規(guī)則粘附顆粒流動特性的基礎(chǔ)上,提出了其噴動流化質(zhì)量改善措施,以期為工業(yè)應(yīng)用提供理論依據(jù)�；跀�(shù)字圖像和壓力信號快速傅里葉轉(zhuǎn)變分析,定義了六種主要的氣固流動結(jié)構(gòu)：固定床、導(dǎo)向管內(nèi)噴動、射流流化、充氣噴動、噴動流化、不穩(wěn)定噴動。各流型給出了具體的圖像、壓降波動和壓降頻譜信號示例,繪制了流型圖。在噴動流化過程中,氣固流動結(jié)構(gòu)隨操作條件變化呈現(xiàn)一定規(guī)律性：隨操作溫度的升高及靜床高的降低,充氣噴動和噴動流化氣速范圍減小；而溫度的升高,會造成不穩(wěn)定噴動氣速范圍的增大；且隨卷吸高度和導(dǎo)向管直徑的增大,不穩(wěn)定噴動操作氣速減少。導(dǎo)向管噴動流化床內(nèi)最小噴動速度(Ums)、最小噴動流化速度(Umsf)等參數(shù)均顯著受到操作溫度的影響。在流化氣速較小時(Uf0.010 m/s),噴動氣進入環(huán)形區(qū)氣量隨溫度升高而增大,床內(nèi)最小噴動速度也隨之增大；但當流化氣速高于0.020m/s時,高溫使流化氣進入導(dǎo)向管的氣量增大,引起最小噴動速度的降低。最小噴動流化速度在床內(nèi)隨操作溫度的升高而降低�；诖罅吭囼灁�(shù)據(jù),本文提出了高溫下導(dǎo)向管噴動流化床內(nèi)最小噴動速度及最小噴動流化速度的預(yù)測關(guān)聯(lián)式,所預(yù)測的Ums和Umsf值也得到了本研究和參考文獻的驗證。以形狀不規(guī)則粘附顆粒：線路板非金屬顆粒(NPCB)為操作物料,單組份NPCB顆粒的不良流動性,造成了床內(nèi)溝流的存在,抑制了穩(wěn)定噴動的產(chǎn)生；而引入PP顆粒且引入量占混合顆�？傎|(zhì)量不小于40%時,床內(nèi)混合顆粒有較好且穩(wěn)定的噴動流化質(zhì)量。其改善機制在于PP顆粒的流動帶動了NPCB顆粒的共流化,且NPCB和PP顆粒間較小的密度差,抑制了混合顆粒在床內(nèi)的分層現(xiàn)象,提高了流動穩(wěn)定性。當混合顆粒中PP質(zhì)量分數(shù)為40%-80%時,NPCB/PP二元混合顆粒的最小噴動速度隨流化氣速和混合顆粒中NPCB質(zhì)量分數(shù)的增加而降低�；旌项w粒流型圖顯示,不穩(wěn)定噴動及不穩(wěn)定噴動流化狀態(tài)在一個較大的氣速范圍內(nèi)存在,這兩種流型的氣速操作范圍隨混合顆粒中NPCB質(zhì)量分數(shù)的增加而擴大。利用歐拉雙流體模型(TFM)對導(dǎo)向管噴動流化床內(nèi)的氣固流動進行了模擬,固體體積分數(shù)云圖隨時間的變化,顯示了床內(nèi)流型的形成及發(fā)展過程,與試驗觀察現(xiàn)象一致。對于氣固交互作用活躍的導(dǎo)向管底部卷吸區(qū),模擬圖像清晰的展示了噴動氣對環(huán)形區(qū)氣固流的卷吸及攜帶。在充氣噴動流型中,噴動氣流對導(dǎo)向管內(nèi)固體體積分數(shù)分布有顯著影響,中心區(qū)域顆粒濃度隨軸向高度升高而增大,與PV-6A測定的顆粒濃度試驗值一致。隨噴動和流化氣速的增大,床層下部的固體體積分數(shù)降低；而在導(dǎo)向管上部,固體體積分數(shù)則隨噴動氣速增大而增大。TFM對導(dǎo)向管噴動流化床的氣固流動可進行較好的預(yù)測,這為該反應(yīng)器的設(shè)計提供了理論支持。
【關(guān)鍵詞】：流態(tài)化 噴動流化床 導(dǎo)向管 形狀不規(guī)則顆粒 溫度
【學(xué)位授予單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ051.13
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 1 前言12-30
• 1.1 導(dǎo)向管噴動流化床技術(shù)發(fā)展12-25
• 1.1.1 導(dǎo)向管噴動流化床氣固流動特性試驗研究12-21
• 1.1.2 導(dǎo)向管噴動流化床氣固流動特性數(shù)值模擬21-22
• 1.1.3 導(dǎo)向管噴動流化床技術(shù)工業(yè)應(yīng)用背景22-25
• 1.2 噴動流化床形狀不規(guī)則顆粒的流化25-26
• 1.3 噴動流化床氣固流動特性國內(nèi)外研究現(xiàn)狀26-27
• 1.4 本文的研究目的、意義和主要內(nèi)容27-30
• 1.4.1 本文的研究背景和意義27-28
• 1.4.2 本文的研究思路28
• 1.4.3 本文研究內(nèi)容及創(chuàng)新點28-29
• 1.4.4 課題來源29-30
• 2 高溫導(dǎo)向管噴動流化床流型劃分30-46
• 2.1 引言30
• 2.2 導(dǎo)向管噴動流化床試驗系統(tǒng)30-34
• 2.2.1 試驗系統(tǒng)設(shè)計30-31
• 2.2.2 導(dǎo)向管噴動流化床31-32
• 2.2.3 空氣供給及定量系統(tǒng)32
• 2.2.4 加熱及溫控系統(tǒng)32
• 2.2.5 壓力信號采集及處理系統(tǒng)32-33
• 2.2.6 數(shù)字圖像采集系統(tǒng)33
• 2.2.7 試驗步驟33-34
• 2.2.8 試驗物料34
• 2.3 氣固流動結(jié)構(gòu)特征34-42
• 2.3.1 流型劃分34-36
• 2.3.2 流型定義和描述36-41
• 2.3.3 導(dǎo)向管噴動流化床流型圖41-42
• 2.4 溫度對氣固流動結(jié)構(gòu)的影響42-43
• 2.5 導(dǎo)向管噴動流化床流型轉(zhuǎn)變規(guī)律43-44
• 2.6 本章小結(jié)44-46
• 3 高溫導(dǎo)向管噴動流化床流動特性46-68
• 3.1 引言46
• 3.2 試驗設(shè)置46-48
• 3.2.1 試驗物料46-47
• 3.2.2 流動特性參數(shù)47-48
• 3.3 高溫導(dǎo)向管噴動流化床壓降特性48-55
• 3.3.1 床層氣速-壓降曲線48-50
• 3.3.2 溫度對床層壓降的影響50-52
• 3.3.3 最大噴動壓降影響因素分析52-55
• 3.4 溫度對噴動氣旁路分率的影響55-56
• 3.5 高溫下最小噴動速度及最小噴動流化速度56-67
• 3.5.1 溫度對最小噴動速度和最小噴動流化速度的影響56-57
• 3.5.2 最小噴動\噴動流化速度影響因素分析57-61
• 3.5.3 最小噴動\噴動流化速度高溫預(yù)測關(guān)聯(lián)式61-63
• 3.5.4 最小噴動\噴動流化速度影響因素通徑分析63-67
• 3.6 本章小結(jié)67-68
• 4 導(dǎo)向管噴動流化床內(nèi)形狀不規(guī)則顆粒輔助流化68-86
• 4.1 引言68
• 4.2 試驗設(shè)計68-70
• 4.2.1 試驗顆粒物性68-70
• 4.2.2 導(dǎo)向管噴動流化床試驗70
• 4.3 形狀不規(guī)則粘附NPCB顆粒的流化特性70-73
• 4.3.1 形狀不規(guī)則顆粒的流化氣速-壓降特性70-71
• 4.3.2 形狀不規(guī)則顆粒的噴動氣速-壓降曲線71-73
• 4.4 導(dǎo)向管噴動流化床內(nèi)形狀不規(guī)則混合顆粒流動特性73-84
• 4.4.1 形狀不規(guī)則混合顆粒的物料性質(zhì)73
• 4.4.2 混合顆粒流化氣速-壓降曲線73-75
• 4.4.3 混合顆粒噴動氣速-壓降曲線75-76
• 4.4.4 導(dǎo)向管噴動流化床內(nèi)不同流化氣速下混合顆粒的流動性76-78
• 4.4.5 導(dǎo)向管噴動流化床中形狀不規(guī)則混合顆粒流型定義78-82
• 4.4.6 形狀不規(guī)則混合顆粒在導(dǎo)向管噴動流化床內(nèi)流型圖82-84
• 4.5 本章小結(jié)84-86
• 5 導(dǎo)向管噴動流化床氣固流動模擬86-102
• 5.1 引言86
• 5.2 模擬方法86-92
• 5.2.1 氣-固兩相流模型基本方程86-90
• 5.2.2 網(wǎng)格劃分及求解過程90-91
• 5.2.3 初始和邊界條件91
• 5.2.4 網(wǎng)格無關(guān)性分析91-92
• 5.3 模擬結(jié)果分析92-101
• 5.3.1 導(dǎo)向管噴動流化床內(nèi)的氣固流動92-95
• 5.3.2 模擬與試驗結(jié)果對比95-96
• 5.3.3 床內(nèi)固相體積分數(shù)徑向分布96-99
• 5.3.4 流化氣速對床內(nèi)固相體積分數(shù)分布的影響99-100
• 5.3.5 噴動氣速對床內(nèi)固相體積分數(shù)分布的影響100-101
• 5.4 本章小結(jié)101-102
• 結(jié)論與展望102-104
• 參考文獻104-114
• 附錄114-122
• 致謝122-124
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表論文情況124-126

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本文編號：959453