基于群体平衡模型的流化床超细颗粒流动特性分析

论文摘要

C类颗粒粒径极小,一般在微米、微纳米级别,通常被称为超细颗粒。该类颗粒表现出较强的黏附作用,易粘结形成团聚,会直接影响流态化过程、降低工业生产效率、影响产品品质,消除颗粒聚团现象是工业领域急需解决的问题,然而目前对超细颗粒聚团的形成及稳定机理缺乏准确解释,对聚团流态化行为缺少系统研究,因此需要了解颗粒聚团形成机理、运动规律,为实际应用提供准确预测。本文基于颗粒动理学理论和欧拉-欧拉模型,结合超细颗粒在流化过程中因颗粒间黏附力不断产生聚团的真实情况,考虑了流动过程中颗粒团聚对系统内颗粒数量变化的影响,通过添加颗粒数平衡方程来追踪颗粒数量的变化情况,根据求解颗粒矩获得真实聚团粒径,实现了数量平衡方程与连续性方程、动量守恒方程间的关联,建立了适用于模拟超细颗粒流动特性的数学模型,并应用该模型模拟研究超细颗粒的流化特性。应用本文建立的数学模型模拟研究了超细颗粒在鼓泡流化床内的流动特性。模拟结果显示,床内颗粒浓度呈凹型分布,床内壁面两端颗粒浓度较高,中心位置颗粒浓度较低;超细颗粒粒径随着床层的降低而增大,在床层顶部聚集着小颗粒聚团,中间区域有着中粒径聚团,底部区域聚集着大颗粒聚团,且大颗粒聚团和小颗粒聚团占据的比例较高。随着初始粒径的增加,颗粒聚团达到稳定流化状态所需时间减小,聚团颗粒速度减小,聚团尺寸增加,床层底部高浓度区域增大。计算结果表明,随着气体速度的增加,颗粒聚团尺寸减小,颗粒聚团速度增加,床层底部聚团颗粒堆积面积减小。此外,随着弹性系数的减小,颗粒聚团浓度增大,在床内颗粒碰撞较为激烈的区域,弹性系数对于颗粒浓度分布影响较大。模拟研究了超细颗粒在内循环流化床内的流动特性。模拟结果显示,在气体和颗粒的共同作用下,床内左右两侧反应室中颗粒不断的发生破碎与聚合现象,由于床内聚合作用占据主导地位,颗粒聚团粒径会逐渐增大,且大粒径聚团会不均匀的堆积到左右两侧反应室底部,使得左右两侧反应室间颗粒聚团浓度有一定的差异,导致两侧反应室间形成一定的压力差,此压力差是促进颗粒在两侧反应室间内循环流动的动力;当左右两侧反应室中存在一定的气体速度差时,颗粒在左右两侧反应室中循环流动的效果更好;研究分析表明,破碎系数越大,对应的颗粒聚团粒径越小,达到稳定流化状态所需时间越长。对比不同气体速度下超细颗粒流化特性可知,气体速度越大,床内颗粒浓度分布越均匀,颗粒质量流量速率越大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 超细颗粒聚团机理研究
•     1.2.1 超细颗粒聚团形成机理
•     1.2.2 颗粒聚并过程的动态研究
•   1.3 超细颗粒流化特性研究现状
•     1.3.1 超细颗粒流态化实验研究
•     1.3.2 超细颗粒流化特性改善实验研究
•     1.3.3 超细颗粒流化特性模拟研究
•     1.3.4 颗粒数量平衡方程的应用
•   1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 超细颗粒气固两相流动模型
•   2.1 引言
•   2.2 气固两相控制方程
•   2.3 颗粒数量平衡方程及其应用
•     2.3.1 颗粒数量平衡方程
•   2.4 本章小结
• 第3章 鼓泡流化床内超细颗粒流动特性研究
•   3.1 引言
•   3.2 模拟对象及计算条件
•   3.3 结果与讨论
•     3.3.1 颗粒聚团浓度分布规律
•     3.3.2 气体压力分析
•     3.3.3 颗粒聚团直径分析
•     3.3.4 气体速度分析
•     3.3.5 颗粒矩变化规律
•     3.3.6 颗粒粒径对颗粒聚团流动特性的影响
•     3.3.7 进口气体速度对颗粒聚团流动特性的影响
•     3.3.8 弹性恢复系数对颗粒聚团流动特性的影响
•   3.4 本章小结
• 第4章 内循环流化床内超细颗粒流动特性研究
•   4.1 引言
•   4.2 模拟对象及条件
•   4.3 内循环流化床中气固流化特性
•     4.3.1 破碎系数对颗粒聚团流动特性的影响
•     4.3.2 气体速度对颗粒聚团流动特性的影响
•   4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及专利
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 黎嘉豪

导师: 陈巨辉

关键词: 数量平衡方程,直接矩积分方法,超细颗粒,数值模拟,流化床

来源: 哈尔滨理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 力学

单位: 哈尔滨理工大学

分类号: O347.7

总页数: 68

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