納米顆粒流化床底層聚團(tuán)沉降行為研究.pdf

1、流態(tài)化技術(shù)有許多優(yōu)勢(shì)，它的應(yīng)用可謂是由來已久并且相當(dāng)廣泛。納米顆粒由于其自身的特殊性質(zhì)，從被發(fā)現(xiàn)以來，就一直是研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。一些納米顆粒在一定條件下可以以納米顆粒聚團(tuán)的形式形成聚團(tuán)散式流態(tài)化，聚團(tuán)散式流態(tài)化的形成與納米顆粒聚團(tuán)性質(zhì)及聚團(tuán)群動(dòng)力學(xué)行為密切相關(guān)，而充分認(rèn)識(shí)單個(gè)聚團(tuán)的動(dòng)力學(xué)特性是研究聚團(tuán)群動(dòng)力學(xué)行為的基礎(chǔ)，本文以此為目的，通過對(duì)納米顆粒流化床底層的毫米級(jí)聚團(tuán)進(jìn)行自由沉降實(shí)驗(yàn)，研究了毫米級(jí)流化聚團(tuán)的沉降行為及沉降過程中兩相的

2、相互作用。
　　在納米顆粒流化實(shí)驗(yàn)臺(tái)上對(duì)原始顆粒粒徑為25nm的不親水納米SiO2進(jìn)行了流化，將流化床底層的毫米級(jí)流化聚團(tuán)作為研究對(duì)象，對(duì)其物性參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，并分析了不同流化風(fēng)速、流化時(shí)間對(duì)這些參數(shù)的影響規(guī)律。另外通過PIV，在沉降管內(nèi)，結(jié)合圖像處理軟件IPP6.0對(duì)毫米級(jí)流化聚團(tuán)的沉降行為進(jìn)行了研究，分析了毫米級(jí)流化聚團(tuán)物性參數(shù)及流動(dòng)狀態(tài)對(duì)其沉降速度和曳力系數(shù)的影響關(guān)系，通過理論研究結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)闡明了實(shí)心球和聚團(tuán)在沉降過程中氣固

3、作用機(jī)理的差異并分析原因。
　　實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在本文實(shí)驗(yàn)條件下，流化床底層毫米級(jí)聚團(tuán)粒徑呈現(xiàn)高斯分布，窄篩分，聚團(tuán)密度保持在60-130kg/m3范圍內(nèi)，平均密度為96.55kg/m3，聚團(tuán)的空隙率很高，在93％以上，平均空隙率為96.5%，這說明聚團(tuán)是一種典型的孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)的物質(zhì)。假設(shè)基本單元粒徑不變，采用Dilute limit模型和Brinkman方程的計(jì)算的滲透率值最小，且二者的計(jì)算值最為接近。采用Kozeny-Carma

4、n方程計(jì)算得到的滲透率值最大，采用Davies方程時(shí)，滲透率介于前三者之間。盡管有差異，不同模型計(jì)算出的結(jié)果仍保持在一個(gè)數(shù)量級(jí)上。滲透率隨空隙率和基本單元粒徑的增大而變大，采用不同的基本單元粒徑，滲透率數(shù)值會(huì)相差幾個(gè)數(shù)量級(jí)。這也說明基本單元粒徑的重要性，也為深入認(rèn)識(shí)聚團(tuán)內(nèi)部結(jié)構(gòu)帶來迫切要求。從物性參數(shù)上講，聚團(tuán)與實(shí)心球有很大差別。
　　毫米級(jí)聚團(tuán)達(dá)到沉降速度時(shí)，Re不在層流范圍內(nèi)，聚團(tuán)和對(duì)應(yīng)等密度等粒徑實(shí)心球終端速度大小關(guān)系及曳力

5、系數(shù)比并沒有受粒徑變化直接影響，這跟粒徑范圍太窄可能有一定關(guān)系。曳力系數(shù)比Ω＜1應(yīng)該跟流體從聚團(tuán)內(nèi)部空隙穿過有關(guān)，本文結(jié)合4個(gè)大家較認(rèn)可的滲透率模型對(duì)此進(jìn)行了驗(yàn)證，并且發(fā)現(xiàn)基本單元粒徑的取值對(duì)曳力系數(shù)比影響很大，只有進(jìn)一步確認(rèn)本實(shí)驗(yàn)聚團(tuán)的基本單元粒徑，才能準(zhǔn)確認(rèn)定模型的合理性。曳力系數(shù)比Ω＞1主要是由于聚團(tuán)的不規(guī)則形狀引起，但是此時(shí)空隙結(jié)構(gòu)對(duì)兩相相互作用依然有影響。從動(dòng)力學(xué)的角度表面，在沉降時(shí)聚團(tuán)跟實(shí)心球是有區(qū)別的，這種區(qū)別可能跟聚團(tuán)的