氣固流化床非球異質顆粒介觀混合特性的實驗研究與三維DEM直接數值模擬.pdf

1、ExperimentalInvestigationand3DDEMsimulationonParticleMixingCharacteristicinGasSolidFluidizedBedADissertationSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofDoctorofEngineeringBYZHANGYongSupervisedbyProfJINBao—shengSc

2、hoolofEnergyandEnvironmentSoutheastUniversitySept2010?；旌献隽溯^多的研究，但對顆粒混合深層次機理的研究較缺乏，尤其是在介觀尺度上的混合特性，認識還很不夠。隨著流化床在工程應用領域的日益擴展，一些復雜的氣固兩相流動及非球異質顆粒的混合過程也不斷出現，已有的認識應用于這些復雜過程尚有一定的局限性，迫切需要對氣固流化床非球異質顆粒的介觀混合特性進行深入的研究。同時，對氣固流化床顆?；旌咸匦?/p>

3、的掌握，無論是對于氣固流化床的設計，還是對于操作運行的控制和優(yōu)化，都具有重要的學術意義和工程參考價值。本文首先在小尺度噴動流化床實驗裝置上，采用常規(guī)的插板／隔板測試手段，基于表觀現象、動態(tài)特性和靜態(tài)結果三方面的有機結合，考察了同質顆粒系統(tǒng)和異質顆粒系統(tǒng)(異重和異質顆粒)的流化和混合過程。對于同質顆粒系統(tǒng)，分析了顆?；旌系难葑冞^程，定義了混合過程的三個典型階段，描述了各個階段混合的主要特點，確定了影響顆?；旌系年P鍵因素，獲得了宏觀顆?；旌?/p>

4、特性。對于異質顆粒系統(tǒng)，分析了操作參數和物性參數對顆?；旌系挠绊懀⒘笋詈蠚夤塘鲃咏Y構和顆?；旌闲袨榈漠愘|顆粒混合相圖，進一步從顆粒質量交換角度實現了對流動結構相圖的再分區(qū)。針對生物質秸稈熱化學利用過程中秸稈物料和床料的混合和流化，在中試規(guī)模流化床顆?；旌蠈嶒炑b置上，采用高分辨率數字圖像采集和處理、高精度多通道壓力／差壓信號實時采集和處理等系統(tǒng)，本文研究了條狀／柱狀異形顆粒在氣固流化床內與床料的混合和分離模式，揭示了條狀／柱狀異形顆粒

5、的混合和分離機制。其次，針對常規(guī)的測試技術在進一步認識氣固流化床特別是稠密氣固流化床復雜的顆?；旌咸匦砸呀涀兊糜永щy，本文攻克了微波加熱一紅外熱成像技術用于顆?；旌涎芯康囊幌盗屑夹g難題：采用不銹鋼弧形爐腔設計思路，實現了微波對移動單點或多點持續(xù)聚集加熱的合理設計；提出并實踐了微波防輻射網疊加透紅外玻璃的設計路線，實現了微波密閉與紅外穿透的合理匹配；基于強極性材料碳化硅粉末摻混高溫黏合劑的方法，提出了一種既能滿足微波加熱又能改變物性參數

6、的極性示蹤顆粒制備方法，克服了常規(guī)示蹤顆粒難以同時被加熱和改變物性的缺點。在此基礎上，發(fā)展了“微波加熱一紅外熟成像”顆粒混合測量和表征新方法，解決了常規(guī)測試技術難以獲得在介觀尺度上的顆粒混合信息難題，并成功應用于氣固流化床內單顆粒示蹤和多顆?；旌系难芯?，獲得了異質顆粒的介觀混合特性。針對傳統(tǒng)混合指數在評價整體混合時對高質量混合度敏感性較差，以及濃度標準差在評價局部混合時難以從定量上準確表征低質量混合度的缺點，結合分子運動理論和SHANN

7、ON信息熵分析方法，本文提出了新的表征顆?；旌腺|量的SHANNON信息熵增混合指數，從數理統(tǒng)計和系統(tǒng)物理特性角度，實現了對介觀尺度上局部區(qū)域混合質量的準確評價，并成功應用于流化床非穩(wěn)定階段顆?；旌系难芯?，獲得了操作參數、物性參數與混合特性之間的關聯性。最后，本文在球形顆粒CFDDEM氣固流動三維數理模型的基礎上，采用球元理論構建非球形顆粒的思想，構建了柱狀／條狀顆粒在三維流場空間的受力和運動模型，并建立了柱狀／條狀顆粒體系、球形與柱狀／