層流爐內(nèi)碳粉運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究及應(yīng)用.pdf

1、層流爐是一種研究固體顆粒物熱揮發(fā)特性的設(shè)備，它能實(shí)現(xiàn)快速加熱，最高加熱速率可達(dá)105K/s，高溫條件下的層流加熱爐已成功地應(yīng)用于閃速加熱條件下生物質(zhì)熱揮發(fā)特性的研究。
　　本文便是針對(duì)生物質(zhì)粉在層流爐內(nèi)熱解產(chǎn)物—碳粉顆粒流動(dòng)特性的研究，為了獲得更合理的熱解揮發(fā)特性實(shí)驗(yàn)參數(shù)，利用PIV技術(shù)對(duì)碳粉顆粒在反應(yīng)管內(nèi)的速度分布情況進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)。
　　結(jié)合PIV技術(shù)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)制造了一套層流爐反應(yīng)管的冷態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)中極小喂

2、料速率下的穩(wěn)定喂料要求，設(shè)計(jì)了震動(dòng)式氣流攜帶喂料器，該喂料器中生物質(zhì)粉在振動(dòng)電機(jī)的作用下呈流動(dòng)狀態(tài)，攜帶氣流將其攜帶至反應(yīng)區(qū)中，具有連續(xù)穩(wěn)定的加料特點(diǎn)，加料速率穩(wěn)定在0.0399g/min左右，實(shí)驗(yàn)可重復(fù)性強(qiáng)。
　　為了解決研究過程中實(shí)驗(yàn)條件發(fā)生變化的問題，設(shè)計(jì)了PIV系統(tǒng)中相機(jī)的自動(dòng)移動(dòng)控制裝置，并把利用該裝置前后得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，大大提高實(shí)驗(yàn)效率及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
　　本實(shí)驗(yàn)選用碳粉(100～125um)作為原料

3、，在4個(gè)不同的收集距離，每種收集距離4個(gè)主氣流流量的實(shí)驗(yàn)因素和水平下對(duì)層流爐反應(yīng)管內(nèi)的速度分布進(jìn)行 PIV測(cè)量?？偨Y(jié)出碳粉在反應(yīng)管內(nèi)的速度變化趨勢(shì)可以分為4段，并分析主氣流流量和收集距離對(duì)其影響情況：隨收集距離的增大碳粉顆粒在管中心處穩(wěn)定段軸向速度逐漸減小，而隨主氣流增大而增大
　　實(shí)驗(yàn)測(cè)得碳粉顆粒在豎直管中的停留時(shí)間均與雷諾數(shù)呈線性關(guān)系。分析碳粉顆粒在豎直管內(nèi)的受力情況，利用Newton公式計(jì)算碳粉顆粒受氣流的作用力后計(jì)算出停留

4、時(shí)間的理論值，得出碳粉由喂料口進(jìn)入管內(nèi)后先是受到氣流的推動(dòng)作用，后受到其阻礙，速度由大到小，并結(jié)合動(dòng)力學(xué)公式得出碳粉速度發(fā)生變化臨界位置，即碳粉受力發(fā)生變化的點(diǎn)，分別為H=6.1mm、H=13.7mm、H=24.0mm、H=36.9mm。碳粉過臨界點(diǎn)后由主氣流攜帶呈層流狀態(tài)通過豎直管，這一運(yùn)動(dòng)規(guī)律與實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)結(jié)果相符。在各個(gè)收集距離下，碳粉停留時(shí)間的理論計(jì)算平均值與實(shí)驗(yàn)值的比與雷諾數(shù)成線性關(guān)系。這些結(jié)果為熱態(tài)層流爐熱解揮發(fā)特性實(shí)驗(yàn)提供重要