流化床氣固兩相流中超細(xì)顆粒聚團(tuán)行為研究.pdf

1、超細(xì)顆粒屬于Geldart C類顆粒,難以進(jìn)行“正?！绷鲬B(tài)化,后又被證明可以在一定條件下形成聚團(tuán)流態(tài)化。由于超細(xì)顆粒具有的特異性質(zhì)和巨大的發(fā)展前景,超細(xì)顆粒的流態(tài)化技術(shù)也日顯重要。本文使用一種微米級(jí)SiO2顆粒,在超細(xì)顆粒流態(tài)化實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了流態(tài)化實(shí)驗(yàn)。分別從宏觀流化現(xiàn)象和團(tuán)聚物特性兩個(gè)方面研究超細(xì)顆粒聚團(tuán)流態(tài)化。
　　實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),超細(xì)顆粒流態(tài)化現(xiàn)象可以隨操作氣體速度增大分為不發(fā)生流化,不穩(wěn)定流化,及穩(wěn)定流態(tài)化三個(gè)階段。當(dāng)表觀流

2、化氣體速度到達(dá)7.93cm/s時(shí)床高膨脹率可達(dá)8倍。這種顆粒流化塌落過程可以分為受阻沉降段和減速壓實(shí)段,而不同于A類顆?？梢苑譃槿齻€(gè)階段,且沉降的兩個(gè)階段間沒有明顯的轉(zhuǎn)折變化。這表明在流化床內(nèi)不存在氣泡,顆粒形成了所謂的聚團(tuán)散式流態(tài)化(APF)。對(duì)整個(gè)床層壓降的測(cè)量得到的臨界流化速度的值為3.40cm/s,比使用原始顆粒計(jì)算得到的臨界流化速度值約高3個(gè)數(shù)量級(jí)。
　　本文把床內(nèi)的空隙結(jié)構(gòu)分布全床空隙率,床內(nèi)空隙率(不包含聚團(tuán)內(nèi)空隙)

3、及聚團(tuán)空隙率(只包括聚團(tuán)內(nèi)空隙)。結(jié)果表明,當(dāng)表觀流化氣速較小時(shí),床高膨脹率較低,團(tuán)聚物內(nèi)部的空隙體積不能忽略。借助壓力傳感器,在沿床高方向上多點(diǎn)測(cè)量了流化床內(nèi)絕對(duì)壓力隨表觀氣體速度的變化。測(cè)量發(fā)現(xiàn)流化床下部段(約1/4高度)壓降占整個(gè)床層全部壓降的1/2。由此分析沿床高方向床內(nèi)空隙率(不包含聚團(tuán)內(nèi)空隙)的變化,發(fā)現(xiàn)流化床底部床內(nèi)空隙率值為0.5-0.65,有較大的變化梯度,流化床中部和上部床內(nèi)空隙率值在0.9以上,變化率較低。說明超細(xì)

4、顆粒流態(tài)化在高度方向上是由濃相逐漸稀相變化的。不同流化氣速結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn),不同流化氣體速度對(duì)主要改變床層底部的空隙率,表明表觀氣體速度增大時(shí)床高膨脹是因?yàn)榈撞看矊拥呐蛎洝?br>　　本文從尺度分布,形狀,空隙結(jié)構(gòu)三個(gè)方面研究了微米級(jí)顆粒團(tuán)聚物的微觀結(jié)構(gòu)。尺度分布測(cè)量發(fā)現(xiàn),微米級(jí)超細(xì)顆粒流態(tài)化形成的團(tuán)聚物尺度呈現(xiàn)寬高斯分布,平均粒徑在200μm到330μm之間,最大粒徑可在700μm到1500μm之間,測(cè)量到的平均粒徑值隨表觀氣體速度值的增

5、大而升高。使用最大團(tuán)聚物粒徑計(jì)算得到的臨界流化速度值更接近于實(shí)驗(yàn)測(cè)量值。團(tuán)聚物形狀分析發(fā)現(xiàn),團(tuán)聚物圓形度呈較好的高斯分布,平均值約為0.5,與表觀氣體速度值的變化沒有明顯關(guān)聯(lián)?？障督Y(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn),流化床的底部的尺度較大團(tuán)聚物(直徑在1mm-3mm之間)密度約是堆積密度的1.318倍。流態(tài)化過程不對(duì)超細(xì)顆粒團(tuán)聚物的微觀空隙結(jié)構(gòu)(孔徑15nm-1300nm的中孔和大孔)產(chǎn)生顯著影響,團(tuán)聚物空隙率的變化來自更大空隙(>1300nm)的改變。由團(tuán)