流化床氣固兩相流中超細顆粒聚團行為研究.pdf

1、超細顆粒屬于Geldart C類顆粒,難以進行“正?！绷鲬B(tài)化,后又被證明可以在一定條件下形成聚團流態(tài)化。由于超細顆粒具有的特異性質(zhì)和巨大的發(fā)展前景,超細顆粒的流態(tài)化技術(shù)也日顯重要。本文使用一種微米級SiO2顆粒,在超細顆粒流態(tài)化實驗臺上進行了流態(tài)化實驗。分別從宏觀流化現(xiàn)象和團聚物特性兩個方面研究超細顆粒聚團流態(tài)化。
　　實驗研究發(fā)現(xiàn),超細顆粒流態(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)化三個階段。當(dāng)表觀流

2、化氣體速度到達7.93cm/s時床高膨脹率可達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段,而不同于A類顆?？梢苑譃槿齻€階段,且沉降的兩個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散式流態(tài)化(APF)。對整個床層壓降的測量得到的臨界流化速度的值為3.40cm/s,比使用原始顆粒計算得到的臨界流化速度值約高3個數(shù)量級。
　　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(不包含聚團內(nèi)空隙)

3、及聚團空隙率(只包括聚團內(nèi)空隙)。結(jié)果表明,當(dāng)表觀流化氣速較小時,床高膨脹率較低,團聚物內(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測量了流化床內(nèi)絕對壓力隨表觀氣體速度的變化。測量發(fā)現(xiàn)流化床下部段(約1/4高度)壓降占整個床層全部壓降的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

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)果對比發(fā)現(xiàn),不同流化氣體速度對主要改變床層底部的空隙率,表明表觀氣體速度增大時床高膨脹是因為底部床層的膨脹。
　　本文從尺度分布,形狀,空隙結(jié)構(gòu)三個方面研究了微米級顆粒團聚物的微觀結(jié)構(gòu)。尺度分布測量發(fā)現(xiàn),微米級超細顆粒流態(tài)化形成的團聚物尺度呈現(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。使用最大團聚物粒徑計算得到的臨界流化速度值更接近于實驗測量值。團聚物形狀分析發(fā)現(xiàn),團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)。空隙結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn),流化床的底部的尺度較大團聚物(直徑在1mm-3mm之間)密度約是堆積密度的1.318倍。流態(tài)化過程不對超細顆粒團聚物的微觀空隙結(jié)構(gòu)(孔徑15nm-1300nm的中孔和大孔)產(chǎn)生顯著影響,團聚物空隙率的變化來自更大空隙(>1300nm)的改變。由團