納米顆粒在振動(dòng)流化床中的聚團(tuán)流態(tài)化研究.pdf

1、納米顆粒(屬于Geldart C類(lèi)顆粒,亦稱黏性顆粒)在流化過(guò)程中易形成流化聚團(tuán)、并最終以聚團(tuán)形式流化,多數(shù)粘性顆粒的流化聚團(tuán)具有較寬的粒徑分布。目前,氣固流態(tài)化領(lǐng)域中顆粒團(tuán)聚機(jī)理及團(tuán)聚物性質(zhì)己成為研究熱點(diǎn)。
　　 本文在傳統(tǒng)流化床和振動(dòng)流化床中,對(duì)納米級(jí)SiO2、ZnO、TiO2三種顆粒進(jìn)行了流態(tài)化實(shí)驗(yàn),研究了其聚團(tuán)流化性能和聚團(tuán)尺寸變化規(guī)律。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),由于顆粒所特有的物理性質(zhì),三種納米顆粒在傳統(tǒng)流化床中低表觀氣速下易形成活

2、塞和溝流。隨表觀氣速的增加,床內(nèi)鼓泡加劇,活塞與溝流消失,床中均出現(xiàn)分層現(xiàn)象,聚團(tuán)偏析大,揚(yáng)析嚴(yán)重,流化效果較差。振動(dòng)能的引入可以有效的消除節(jié)涌、抑制溝流、降低最小流化速度、減小聚團(tuán)平均尺寸和整個(gè)床層的偏析率,顯著的改善了納米顆粒的流化質(zhì)量。同時(shí),本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的考察了操作條件對(duì)聚團(tuán)尺寸的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:納米顆粒在流化床中流化一段時(shí)間后聚團(tuán)才形成比較穩(wěn)定的硬聚團(tuán)。初始床層越高,振動(dòng)波傳播受到的阻礙越大,淺床層(h0/D=0.8或1)有利

3、于振動(dòng)能的吸收,聚團(tuán)流化性能好,但總體效果是高徑比對(duì)聚團(tuán)尺寸影響較小。振動(dòng)參數(shù)對(duì)聚團(tuán)尺寸的影響具有兩面性,在恒定振幅下,試驗(yàn)初期隨振動(dòng)頻率的增加聚團(tuán)尺寸從300μm降低到100μm左右。當(dāng)振動(dòng)頻率超過(guò)一臨界值時(shí),聚團(tuán)尺寸隨振動(dòng)頻率的增加反而增加。在A=3 mm時(shí),SiO2、TiO2和ZnO的臨界頻率分別為10 Hz、15 Hz、15 Hz?？赡芤?yàn)槭穷~外的振動(dòng)能不僅可以促進(jìn)聚團(tuán)的破碎,還可以增加顆粒間或聚團(tuán)間的接觸機(jī)會(huì),在黏性力較大的情

4、況下易形成大聚團(tuán)。振動(dòng)頻率對(duì)聚團(tuán)尺寸的影響要強(qiáng)于振幅。另外,較高氣速可以使聚團(tuán)大小減小。
　　 根據(jù)納米顆粒聚團(tuán)在振動(dòng)流化床中碰撞能、有效振動(dòng)能、流體剪切能和黏性能的平衡分析,建立了估算聚團(tuán)大小的能量平衡模型。結(jié)果表明:隨著振動(dòng)強(qiáng)度的加大聚團(tuán)尺寸的實(shí)驗(yàn)值和計(jì)算值均減小,在振動(dòng)條件下該模型預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好,說(shuō)明了模型的合理性?；谡駝?dòng)機(jī)理,探討了振動(dòng)床中聚團(tuán)團(tuán)聚和解聚的機(jī)理。本文研究為進(jìn)一步開(kāi)展有關(guān)研究和開(kāi)發(fā)超細(xì)粉振動(dòng)場(chǎng)流