燃煤飞灰超细颗粒物声波团聚清除的实验研究

对燃煤超细颗粒物在低频率高强度声场中团聚清除效果进行了实验研究。通过对声场的理论分析，设计并建立了燃煤飞灰超细颗粒物声波团聚清除实验平台。利用该实验平台，研究了声场强度对细颗粒清除效率的影响以及颗粒粒径分布的迁移特性。实验结果表明，低频高强声场对亚微米颗粒及亚微米以下颗粒有较好的团聚清除效果。而且随着声场强度的增大，超细颗粒的清除效率也增加。当团聚室内声强达到160dB时，PM2.5总颗粒数量浓度减少了58.9%，质量浓度减少了68.4%；PM10总颗粒数量浓度减少了59.0%，质量浓度减少了77.7%。     

燃煤可吸入颗粒物在驻波声场中动力学特性的研究

为研究可吸入颗粒物PM 2.5在声波场中的动力学特性, 利用可视化技术建立研究颗粒物动力学特性的实验装置。采用电厂飞灰作为颗粒源，利用高速CCD摄像机动态地显微拍摄颗粒在水平声场中的运动轨迹，并结合数值方法理论模拟颗粒的运动轨迹。结果显示颗粒在驻波场的波节点处不振动、不飘移；波腹处只振动、不飘移；其余各点处的颗粒既振动、也向波节方向漂移，并与竖直方向的运动叠加，形成在声场中的运动轨迹。颗粒振动频率与声波频率相同，但因颗粒存在惯性，振动速度幅值小于声波速度幅值，且相位滞后。动力学特性的结果显示：振动使得颗粒在单位时间内扫过的面积大大增加，有利于颗粒间的碰撞团聚；漂移特性有利于颗粒间的碰撞和气流中颗粒的分离。     

纵向声场中燃煤烟气PM2.5颗粒的运动特性

建立了研究可吸入颗粒物PM2.5声场中动力学特性的可视化实验装置,以电站锅炉飞灰颗粒为研究对象,对其在相同声强、不同频率声波及相同频率、不同声强作用下的运动轨迹进行了可视化研究。根据颗粒在声场中的运动轨迹照片总结出颗粒在不同声场作用下的运动规律,为PM2.5运动过程模拟奠定了基础。     

分区流化床内床料的横向迁移和传热特性

在自建的水平循环分区流化床冷态实验台上,采用示踪剂法和传热探针法,分别研究了分区流化床内床料的迁移特性和探针的传热特性;分析了流化风速、颗粒粒径、隔板高度、引射风量、探针位置和取向等因素对传热、传质特性的影响。研究表明：随着流化风速、初始床高和引射风量的增加,颗粒迁移量增加;在相同流化风速条件下,低床区的抛撒量明显高于高床区。当流化风速超过最小流化风速,传热系数随流化风速的提高迅速增加,且达到最大值,然后稍有下降;传热探针背风面的传热系数总体上比迎风面的大;传热系数随床高的增加呈现下降的趋势。总体上,颗粒横向迁移对传热效果的提高有利,在颗粒稳定迁移条件下传热系数的提高值约为30%。     

喷动流化床气固流动特性试验研究

在一喷动流化床冷态试验装置上,采用压力信号与快速摄像图像分析相结合的方法,研究喷动流化床气固流动特性;基于床内压力分布特征,提出将喷动流化床沿床高方向划分为3个流型区域:喷动段、鼓泡段和悬浮段,得出床内气固流动机理;研究并考察了喷动风、流化风速度对床层压降、空隙率、以及床内气、固内循环的影响,认为喷动风速度Us应低于最小喷动速度Ums,适当地增加流化风速度Uf,延长气体在床内的停留时间;增加流化风率有利于加强床内中心射流区和环形区气体的扩散和颗粒混合,提高气、固反应速率;喷动风速度对床内气、固内循环起着关键作用。     

水平平面声波对重力场中PM2.5颗粒作用的数值模拟及实验研究

将空气对PM2.5的阻力特性考虑在内，建立了水平平面声波对重力场中PM2.5颗粒动力学特性影响的数学模型，以探讨声场和重力场双重作用下PM2.5颗粒的运动情况。模拟了整周期时刻和整波长位置平面波声场内压力的分布情况。颗粒在不同初始位置的速度及颗粒在初始位置为整波长位置的位移情况。通过模拟计算发现：颗粒初始位置的不同造成了颗粒初始速度的大小、方向不同；声场的强度、频率是影响颗粒运动的重要条件；颗粒的水平位移和垂直位移的综合结果是颗粒螺旋型下落，这个空间是颗粒碰撞的有效空间。可视化实验验证了模型的可行性。     

双支腿流化床颗粒交换的压力信号分析

为研究双支腿流化床支腿间颗粒交换特性,采用粒径为0．9～1min的玻璃珠为床料,在尺寸为240mm×20mm×800mm的二维有机玻璃可视化双支腿流化床内,采集差压脉动信号对床内差压进行了功率谱密度及香农熵的分析,研究了颗粒在支腿间的质量交换、流化风速和床存量对颗粒交换的影响,以及颗粒交换行为的稳定性规律。研究结果表明,支腿间颗粒交换方式以颗粒团簇和单颗粒为主,分别对应第一主频和第二主频。流化风速的增加使2种颗粒交换方式所占的比重趋于相等,床存量的增加会加剧颗粒在支腿间的质量交换。流化风速和床存量的增加使两主频相互靠近。颗粒交换行为的稳定性和确定性随着气速的增加先增强后逐渐减弱。     

内旋流流化床床内颗粒运动特性的试验研究

流化床床内颗粒的大规模循环不仅可以加剧了颗粒横向扩散,提高燃烬速率,实现燃烧的均匀性和稳定性,还将有利于促使不燃物质的定向移动排出炉外。文中采用冷态硫化床装置,应用分层取样技术对微倾斜布风板实现流化床内不均匀布风,床内物料混合与分层特性进行了系统的试验,研究床内颗粒扩散的动态特性和流化风速,颗粒密度以及颗粒粒度等因素对流化床内分层的影响,并通过求解扩散方程来分析布风不均匀性和布风倾角对风板附近物料扩散的影响。研究表明：增大流化风速和布风板倾角能够强化颗粒的横向扩散和流化床的内旋流程度,对大而重的颗粒存在一个最佳速度比,既能实现床内旋流又有防止颗粒的严重分层,并针对低风速区的分层现象,提出了一个关联式,该式的计算值与实验值吻合较好。     

流化床内球形大颗粒停留时间分布的正交实验研究

利用电容层析成像示踪大颗粒在床内运动轨迹,通过正交实验法研究非均匀布风流化床内球形重质大颗粒粒径、密度、流化风速对其在床内停留时间分布(residence time distribution,RTD)的影响规律。实验及显著性分析结果表明大颗粒停留时间随密度、粒径增大而增大,随流化风速增大而减小;大颗粒密度是影响其停留时间的主要因素,流化风速次之。由回归分析建立了大颗粒平均停留时间(mean residence time,MRT)和实验变量的无量纲经验关系式,将其用于预测一定工况下大颗粒MRT时误差不超过20%。最后采用Shapiro-Wilk正态性检验方法对RTD曲线进行检验,结果表明大颗粒在床内的停留时间很接近正态分布。     

棉秆在循环流化床中燃烧特性的实验研究

该文介绍了长度为10~100 mm棉秆与弱酸性床料的混合流化特性,主要研究流化风速和棉秆与床料不同配比对混合均匀度的影响。实验结果表明,10~100 mm棉秆与一定粒径分布的床料,质量配比为1~2%,流化数N>3时,能较均匀地混合流化,但流化数N> 7时,混合均匀度有所降低。棉秆与床料配比对混合均匀度也有影响,棉秆的质量配比越小,混合得越均匀,所以设计循环流化床锅炉时流化风速、静止床高要选择合理。在0.5 MW CFB实验装置上研究了纯棉秆燃烧时,流化速度、二次风率和棉秆给料量对炉内温度场分布的影响,结果表明,根据CFB实际运行参数,当流化速度为4~4.5 m/s时,尽管此时混合均匀度有所降低,但并没有影响到密相区稳定燃烧,其温度能够维持在830~870 ℃。实验后放出的底渣没有出现烧结现象,基本保持原来的形貌,说明弱酸性床料能够适合棉秆循环流化床燃烧。     

气体介质对气动声源发声特性的影响

为探究气体介质对气动声源发声特性的影响,该文选取空气、氮气及水蒸气3种介质,通过数值模拟的方法研究这3种气体作为介质驱动气动声源发声时的声音特性。研究发现,相同参数下,空气作为介质驱动声源发声时,声压级最高,频率最低;氮气作为介质发声时,其声压级和频率数据与空气相近;水蒸气作为介质驱动声源发声时,声压级最低,频率远远高于其余两者;声源发声时,声场空间分布明显,在谐振腔正后方(0°～15°方向)声压级最大,均在150dB以上,且声场分布特性与气体介质类型无关;声源发声效率随进气压力的增大而减小,但是水蒸气作为介质时的下降速率明显更大。此外,声源发声时,声音纯音度达81%～86%,其中空气纯音度最高,水蒸气最低。结果表明:不同密度的气体介质驱动气动声源发声时的声压级及声频也会有所不同。     

双支腿流化床压力脉动的递归分析

采用递归图系统研究了流化风速、床存量对双支腿流化床(DL-FB)内气固流动混沌特性的影响规律。DL-FB的宽、深和高分别为0.24、0.04和2.0 m,支腿高为0.16 m,使用粒径范围为0.25～0.28的玻璃珠作为床料。结果表明递归图可用于描述DL-FB内的气固两相流动的混沌特性,且DL-FB内的气固流动较单布风板流化床复杂。DL-FB系统熵随着流化气速的增加呈"M"型曲线变化。DL-FB系统随气速的增加会出现低速颗粒未交换段、低速颗粒交换起始段、颗粒交换段和颗粒悬浮段。床存量对系统熵的影响较大且没有明显规律。DL-FB内的压力脉动包含气泡行为和颗粒交换在半床间交换行为。     

超细液滴气溶胶声波团聚的实验研究

对超细液滴气溶胶声波团聚进行了实验研究,探究了频率、声功率及初始浓度对团聚效果的影响规律。结果表明,在频率为6kHz、声压级为148dB的声场中,液滴颗粒发生了快速团聚,10s内气溶胶透光率从0%提高到90%,质量浓度减少99%。频率是声波团聚的重要操作参数,针对文中使用的超细液滴,最优团聚频率为6kHz,其次为1.5kHz。分析认为,低频时,声流作用明显,是液滴团聚的重要因素之一;高频时,声波尾流效应逐步增强,是主要的控制机理。声功率增大,团聚效率相应增加,但超过9W时,团聚效率增长减缓,原因是高声强时团聚室内二次声效应增大。另外,液滴气溶胶初始浓度越高,声波团聚速率越快,且最终团聚效率也更高。     

细长颗粒流化过程取向性的数值模拟研究

细长颗粒的循环流化在工业生产中具有非常广泛的应用背景。取向性是细长颗粒的一个重要特性，它对细长颗粒的循环流化具有重要的影响，但国内关于细长颗粒取向性特性的研究还处于起步阶段。文中根据实际冷态循环流化床的结构及运行参数，采用数值模拟方法，对床内的气固两相流场进行了模拟，发现并揭示了细长颗粒的取向性的一些特性。细长颗粒的取向性在水平方向上呈现出均匀性，在竖直方向上表现出较强的不均匀性。细长颗粒多以竖直方向的姿态在提升管内流动；流场风速越大，竖直姿态流动的颗粒数量百分比越大；床高增加，竖直姿态流动颗粒数量百分比略有减小；细长颗粒长径比对颗粒的取向性没有明显影响。     

换热器管排表面多极子声散射场模态研究

利用Helmholtz积分方程,研究了锅炉换热器管壁表面对声波的多极子散射行为,给出了计算换热器管壁表面声场分布的数学模型,数值计算了入射声波频率和炉内管道间距对管壁表面散射声场的模态影响特征,得出了管道壁面散射声场的频率响应存在尖锐的峰值特征,分析了声场峰值特征是由于管道的多极子声散射波发生相互干涉的物理机理,讨论了壁面声场出现干涉加强时的声波频率和管排几何结构的关系,为锅炉换热器管道声学无损检测技术(ANDT)和声波节能技术(SSCT)提供参考。     

鼓泡流化床内颗粒混合的对流—扩散模型

本文分析了鼓泡流化床内颗粒混合机理，综合了床内颗粒水平方向和垂直方向上的混合，将床内颗粒混合过程分成两部分：一、是向上运动的尾迹相和向下运动的乳化相之间的对流交换，二、是乳化相内横向扩散。建立了二维的对流扩散模型，数值计算和实验数据相吻合；研究了给料点的布置和流化速度对床内物料浓度的影响。     

基于多孔介质模型的大型循环流化床锅炉流化特性的数值模拟

对于480 t/h以上的大型循环流化床锅炉,实际运行时,由于床层流化不均,风室内会出现不同程度的漏煤现象。为了改善床料的流化质量,文中采用多孔介质模型对布风板的结构进行了简化,模拟时采用三维双欧拉多相流模型,并结合颗粒动力学理论使方程封闭,研究了480 t/h循环流化床在不同布风板阻力下的流化特性,模拟结果表明,增大布风板阻力能有效改善煤层流化均匀性,减少风室漏煤。因此,大型循环流化床锅炉设计时,需要对布风板结构、开孔尺寸精心设计,合理增加布风板阻力。     

循环流化床锅炉选择性排渣装置

提出了一种选择性排渣装置,用于实现循环流化床锅炉底渣的选择性排放以及回收底渣中细颗粒以调节炉内床料粒径分布。在一个可视化冷态试验台上对其气固流动特性进行了试验研究,试验结果表明:运行时间、主床和分选室的流化风速以及隔墙高度对分选室的颗粒分选情况有较大影响,可以通过调节分选室和主床的流化风速来调节排渣分选情况;当分选室与主床的流化风速比>1.43时,该排渣装置才会有好的粗细颗粒分选效果。     

外加声场对增加PM2.5碰撞几率的数值模拟研究

采用数值模拟方法对细粒子(PM2.5)在平面行波声场作用下的碰撞几率进行研究,基于直接模拟蒙特卡诺 (DSMC)方法的硬球模型研究PM2.5之间的碰撞。通过统计计算区域内PM2.5在一定时间内的碰撞次数,发现在外加声场作用下,PM2.5之间的碰撞几率与PM2.5浓度、声场强度及声波频率有显著关系。在声场保持不变的情况下,碰撞几率随PM2.5浓度的增大而增大;在PM2.5浓度和声波频率保持不变的情况下,碰撞几率随声场强度的增加而增大;在 PM2.5浓度和声场强度保持不变的情况下,碰撞几率随声波频率的增大,先增大后减小,存在一个使碰撞几率最大的最佳频率值。文章给出了碰撞几率与PM2.5浓度、声场强度、声波频率的关系曲线。     

CFB密相区床料粒径分布对其横向扩散影响的CPFD模拟

该文运用基于计算颗粒流体力学(computational particle fluid dynamics,CPFD)方法的barracuda 17.0软件,对尺寸为900mm×100mm×1200mm的准三维流化床的密相区大颗粒扩散行为进行模拟试验。模拟中,主要考虑在不同流化风速与不同示踪颗粒粒径的条件下,床料粒径分布对密相区中颗粒横向扩散系数的影响。模拟结果显示,宽筛分床内不同粒径颗粒分布十分均匀,无明显分层现象。流化风速及平均粒径相同条件下,单一床料粒径条件下得到的颗粒横向扩散系数略大于宽筛分条件下得到的结果;流化风速相同但床料平均粒径不同条件下,床料平均粒径为1 050μm床内获得的颗粒横向扩散系数要小于床料平均粒径为600μm床内得到的结果。