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

1、ExperimentalInvestigationand3DDEMsimulationonParticleMixingCharacteristicinGasSolidFluidizedBedADissertationSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofDoctorofEngineeringBYZHANGYongSupervisedbyProfJINBao—shengSc

2、hoolofEnergyandEnvironmentSoutheastUniversitySept2010?；旌献隽溯^多的研究，但對顆?；旌仙顚哟螜C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(zhì)顆粒的混合過程也不斷出現(xiàn)，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(zhì)顆粒的介觀混合特性進行深入的研究。同時，對氣固流化床顆粒混合特性

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(shù)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(xiàn)象、動態(tài)特性和靜態(tài)結(jié)果三方面的有機結(jié)合，考察了同質(zhì)顆粒系統(tǒng)和異質(zhì)顆粒系統(tǒng)(異重和異質(zhì)顆粒)的流化和混合過程。對于同質(zhì)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(guān)鍵因素，獲得了宏觀顆?；旌?/p>

4、特性。對于異質(zhì)顆粒系統(tǒng)，分析了操作參數(shù)和物性參數(shù)對顆?；旌系挠绊?，建立了耦合氣固流動結(jié)構(gòu)和顆?；旌闲袨榈漠愘|(zhì)顆?；旌舷鄨D，進一步從顆粒質(zhì)量交換角度實現(xiàn)了對流動結(jié)構(gòu)相圖的再分區(qū)。針對生物質(zhì)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(shù)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(nèi)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(shù)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?jīng)變得愈加困難，本文攻克了微波加熱一紅外熱成像技術(shù)用于顆?；旌涎芯康囊幌盗屑夹g(shù)難題：采用不銹鋼弧形爐腔設計思路，實現(xiàn)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(wǎng)疊加透紅外玻璃的設計路線，實現(xiàn)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(shù)

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?；旌蠝y量和表征新方法，解決了常規(guī)測試技術(shù)難以獲得在介觀尺度上的顆?；旌闲畔㈦y題，并成功應用于氣固流化床內(nèi)單顆粒示蹤和多顆?；旌系难芯浚@得了異質(zhì)顆粒的介觀混合特性。針對傳統(tǒng)混合指數(shù)在評價整體混合時對高質(zhì)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(zhì)量混合度的缺點，結(jié)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|(zhì)量的SHANNON信息熵增混合指數(shù)，從數(shù)理統(tǒng)計和系統(tǒng)物理特性角度，實現(xiàn)了對介觀尺度上局部區(qū)域混合質(zhì)量的準確評價，并成功應用于流化床非穩(wěn)定階段顆?；旌系难芯浚@得了操作參數(shù)、物性參數(shù)與混合特性之間的關(guān)聯(lián)性。最后，本文在球形顆粒CFDDEM氣固流動三維數(shù)理模型的基礎上，采用球元理論構(gòu)建非球形顆粒的思想，構(gòu)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／