颗粒与壁面的碰撞反弹特性研究

论文摘要

颗粒与壁面的碰撞反弹时常发生在管道运输系统、流态化反应器等设备的内部,颗粒与壁面不同形式的碰撞反弹行为会引起颗粒粘附、颗粒堆积等后果,影响工业生产的效率。为了探究颗粒与壁面碰撞反弹过程中的特点,本文主要采用实验方法,对工业生产中普遍存在的颗粒与壁面干碰撞和湿碰撞开展研究,通过高速摄影技术对颗粒与壁面碰撞后的恢复系数、运动轨迹以及液桥变化规律等进行了分析,揭示了两种碰撞情况下颗粒反弹恢复系数的变化规律,并对比讨论了干、湿碰撞后颗粒能量损失的主要原因,总结了两种状态下颗粒与壁面碰撞反弹数学模型。主要研究内容如下:(1)碰撞反弹实验的设计与实现:设计并研制了颗粒喷射装置,保障球形颗粒以一定的速度和角度冲击目标壁面,采用高速摄像机记录颗粒与壁面的碰撞反弹过程,并使用图像处理软件对颗粒的运动进行了处理及分析。(2)颗粒与干燥壁面的碰撞反弹特性研究:当颗粒及壁面均为干燥情况时,法向恢复系数随着入射速度增加而有略微的减小,其原因是金属铝壁面的塑性变形及接触过程中弹性波耗散;切向恢复系数随入射角度的增加,经历了先减小后增大的过程,其原因是颗粒与壁面的接触方式由滚动逐渐转变到了滑动。(3)颗粒与带液膜壁面的碰撞反弹特性研究:当目标壁面覆盖有液膜时,颗粒反弹后将在壁面上牵拉出一条动态变化的液桥,进而影响了颗粒的运动轨迹。与干碰撞的结果有所不同,湿碰撞时法向恢复系数会受到粒径、入射速度、液膜厚度和粘度等因素的影响,而切向恢复系数的大小只和液膜的存在与否有关。同时可以发现,当液膜存在时,颗粒的反弹存在一个临界反弹速度,入射速度低于该值时,颗粒被液桥牵拉回壁面。颗粒的能量耗散将随粒径的减小以及液膜的粘度和厚度的增加而增大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究的背景与意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 颗粒与干燥壁面碰撞反弹研究
•     1.2.2 颗粒与带液膜壁面碰撞反弹研究
•   1.3 本文研究内容
• 第二章 颗粒与壁面碰撞反弹实验方法
•   2.1 实验系统
•   2.2 实验材料
•   2.3 实验方法和工况选择
•   2.4 数据处理方法
•   2.5 本章小节
• 第三章 颗粒与干燥壁面的碰撞反弹研究
•   3.1 干碰撞的恢复系数
•   3.2 颗粒与干燥壁面的法向碰撞
•   3.3 颗粒与干燥壁面的倾斜碰撞
•     3.3.1 倾斜干碰撞的恢复系数
•     3.3.2 倾斜干碰撞时颗粒的旋转
•   3.4 干碰撞的能量分析
•   3.5 本章小结
• 第四章 颗粒与带液膜壁面的碰撞反弹研究
•   4.1 湿碰撞的过程
•   4.2 干湿碰撞之间的差异
•   4.3 湿碰撞运动的分析方法
•     4.3.1 颗粒的受力分析
•     4.3.2 颗粒的恢复系数
•   4.4 颗粒与带液膜壁面的碰撞反弹特性
•     4.4.1 液膜厚度对碰撞反弹特性的影响
•     4.4.2 液膜粘度对碰撞反弹特性的影响
•     4.4.3 颗粒粒径对碰撞反弹特性的影响
•   4.5 湿碰撞的模型及能量分析
•     4.5.1 湿碰撞的模型
•     4.5.2 湿碰撞的能量分析
•   4.6 本章小节
• 第五章 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 叶佳辉

导师: 朱祖超,林哲

关键词: 颗粒,壁面,碰撞反弹,恢复系数,动态液桥,临界速度

来源: 浙江理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 力学

单位: 浙江理工大学

分类号: O347.7

总页数: 65

文件大小: 3946K

下载量: 297