变孔径颗粒分布板的颗粒分布性能实验研究

设计了一种用于液固循环流化床换热装置的变孔径颗粒分布板,在具有18根换热管的实验装置上,利用自行研制的CCD图像采集系统对安装该分布板的颗粒分布性能进行了测试,考察了颗粒体积分率、循环流量等对颗粒分布性能的影响.实验结果表明:在流化床的进口段管箱内安装变孔径分布板时,随着固体颗粒体积分率的增加,颗粒浓度径向分布明显趋于均匀;在同一分布板安装高度下,大流量更易于实现颗粒的均匀分布,并且使得颗粒流速在床层截面的径向分布较为均匀.结果证明变孔径颗粒分布板的颗粒分布性能优良,为液固循环流化床换热装置的工程设计提供了参考.     

变孔径颗粒分布板的颗粒分布性能实验研究

设计了一种用于液固循环流化床换热装置的变孔径颗粒分布板,在具有18根换热管的实验装置上,利用自行研制的CCD图像采集系统对安装该分布板的颗粒分布性能进行了测试,考察了颗粒体积分率、循环流量等对颗粒分布性能的影响．实验结果表明：在流化床的进口段管箱内安装变孔径分布板时,随着固体颗粒体积分率的增加,颗粒浓度径向分布明显趋于均匀;在同一分布板安装高度下,大流量更易于实现颗粒的均匀分布,并且使得颗粒流速在床层截面的径向分布较为均匀．结果证明变孔径颗粒分布板的颗粒分布性能优良,为液固循环流化床换热装置的工程设计提供了参考．     

液固循环流化床换热器中颗粒分布板分布性能的实验研究

设计了两种用于液固循环流化床换热器中的颗粒分布板,利用CCD图形采集与处理系统对液固循环流化床中的两相流动特性进行了研究.讨论了有无分布板、分布板开孔率、安装高度及操作条件对颗粒分布的影响.实验结果表明:在换热器下管箱安装颗粒分布板,当循环流速较高时,能有效的改善固体颗粒在床层中的不均匀分布;分布板的开孔率越小,固体颗粒径向分布的不均匀度越小,但床层颗粒浓度也变小;随着循环液速的增加,粒径的减小以及颗粒加入量的增加都会减小颗粒径向分布的不均匀度.     

阻尼式脉动气流分选装置分选机理的基础研究

对于传统气流分选装置，物料的沉降末速是决定不同组分有效分选的主要因素．因颗粒的沉降末速与颗粒的密度、粒度和形状有关，故影响传统气流分选装置有效分选的因素较多．阻尼式脉动气流分选装置是一种新型的气流分选机．在传统的气流分选机中加入阻尼块，将在分选装置中形成气流的加速、减速区域，所产生的脉动气流可实现物料在分选装置内按密度有效分离．实验选用两种粒度相近、密度不同的示踪颗粒作为被分选组分，实验研究表明，与传统气流分选相比，阻尼式脉动气流分选可获得更高的分选效率和更宽范围的操作条件。     

起旋器对水平液固循环流化床颗粒分布的影响

建立了一套水平液固循环流化床颗粒分布测试系统,在循环流化床内加入局部起旋器,并利用CCD图像测量与数据处理系统对循环流化床内固相颗粒分布特性进行了研究.探讨了起旋器导叶包角、安装位置、液体流速以及轴向距离对水平循环流化床内固相颗粒分布的影响.实验结果表明:在水平液固循环流化床内安装导流叶片式局部起旋器,可以有效提高管路上部的颗粒浓度,改善固相浓度分布的不均匀程度.     

充气式液固流化床分选废弃电路板的实验研究

废弃电路板的资源化回收是环境保护和资源循环利用的前沿课题.针对电路板复杂组分难以有效分选的特点,设计开发了充气式液固流化床和新型流体分布器.强化物料按密度分离过程,实现堆积物料的二次分选,提高分选回收率.当进水流量为1.50m3/h,充气量为2.00m3/h,矿浆浓度为150g/L,分选床倾角为40°时,金属的分选回收率可达95.51%.采用Design-Expert软件建立了回收率与实验操作条件之间的二次方模型,模型的预测值和实际值非常吻合,残差、平衡值、学生化残差、库克距离均能达到预测精度的要求,为应用充气式液固流化床控制电路板破碎产物的有效分选提供了理论指导.     

气-液-固三相流化床冷态实验

以氮气为气相、蒸馏水为液相、铜粉为固相构建了的气-液-固三相流化床冷态实验装置,流化床反应器内径为50 mm、高为500 mm.采用Hilbert-Huang Transform分析了布风板上表面处压力脉动信号,考察了布风板压差和床内两固定测点间压差随气体流速的变化关系,使用降速法得到了气-液-固三相流化床的最小流化速度,并通过同步图像采集验证了该最小流化速度.结果表明:气体流速为14.85 mm/s时,固体颗粒之间碰撞剧烈,气、液、固三相混合均匀;随着气体流速的增加,两固定测点间压降呈现先降低,后增加,最后又降低的变化趋势;气-液-固三相流化床的最小流化速度约为17.4 mm/s.     

基于离心力场下Falcon分选机内流膜运动特性研究

通过流体力学理论和数值计算方法,研究了Falcon离心分选机内流膜运动特性,建立了反冲水孔与反冲水初始流速的关系模型.利用离心分选流体计算理论,建立了Falcon分选机分层区与分选区的流膜厚度计算模型,并分别利用反冲水作用下矿粒极限脉动高度和流膜表面波理论确定了流膜分选下限的计算方法,并进行实验验证.研究结果表明:分层区流膜厚度与给料速度成正比,与离心机转速、流膜高度位置成反比;分选区流膜厚度与反冲水压成正比,与转速成反比.Falcon离心分选的分选下限受到颗粒极限脉动高度和表面波的双重限制,分选下限与流膜厚度成正比,与分选的矿物密度成反比.     

汽液固三相蒸发管内防除垢的数值模拟

假设汽液固三相循环流化床蒸发管内均匀覆盖一定厚度的硫酸钙结晶垢层,考虑垢层与流体间的耦合换热、管内流体泡核沸腾传热、汽液两相流体对垢层的剥蚀以及颗粒对垢层的碰撞磨损作用,初步建立了汽液固三相流系统防除垢的模型,并应用STAR-CCM+软件对其进行了数值模拟.结果表明,垢层表面温度和汽含率、污垢剥蚀速率以及颗粒对垢层的磨损速率都是影响汽液固三相蒸发管内防除垢的重要因素;增加表观流速和固体颗粒体积分数,可以降低垢层表面温度和汽含率、提高污垢剥蚀速率和磨损速率,进而可以强化蒸发管内的防除垢效果.     

化工多相流图像分析系统及其在液-固循环流化床研究中的应用

开发了一套用于多相流流场测试的化工多相流分析系统，该系统应用简便，功能强大，并已成功用于竖直管内液—固循环流化床中固体颗粒运动特性的研究。试验结果表明：1)该系统能直观显示被测流场的运动状态，满足一定流场的测量要求；2)颗粒在管内的浓度分布是不均匀的，随颗粒的体积分率和流型的变化而变化；3)所得的试验结果能够解释液—固流化床换热器的强化传热和防除垢机理。     

泥石流颗粒物质分选机理和效应

泥石流是一种由大量固体颗粒和液态水充分掺混所形成的多相流体,泥石流体内固体颗粒物质的相互作用所导致的泥石流颗粒物质的分选是引起泥石流流动性和冲击力大增的重要原因,是现阶段大型泥石流防治的重要关注方向.从基本的泥石流动力学理论出发,采用连续介质力学的方法构建泥石流运动的模型,初步分析颗粒分选对泥石流流动性的影响;进而采用离散元(DEM)数值模拟颗粒流的方法,对泥石流发展过程中颗粒间的作用方式和分选机理开展详尽的研究.研究结果表明:泥石流颗粒分选可以导致颗粒体内部孔隙水压力的重新分布,进而影响到龙头运动速度和颗粒体长度的激增;离散元数值模拟和分析进一步显示,区别于一般均匀颗粒所形成的颗粒流的边界层效应,颗粒分选能够显著地改变颗粒体内部的剪切速率的分布,从而弱化边界层效应.     

小型流化床干燥器气固流动和干燥的CPFD数值模拟

为掌握炼焦煤工业流化床的颗粒干燥和分级过程,基于计算颗粒流体力学(CPFD)理论方法,以0.3mm为分级粒径对实验室规模的炼焦煤流化床干燥分级过程进行模拟研究.颗粒干燥模型由颗粒汽液平衡推导得出.曳力模型采用不考虑颗粒球形度的Wen-Yu/Ergun模型和考虑颗粒球形度的Ganser模型结合.研究结果发现:两种曳力模型结合得到的模型可更准确地预判流化床中不同粒径段颗粒的分布位置;此外,颗粒干燥模型结果与实验结果吻合,流化风风速越大或风温越高,颗粒干燥时间越短.同时在气固流动方面揭示了流化床干燥器中颗粒的流动特性:粗颗粒集中在流化床底部,而细颗粒分布在流化床上部;颗粒直径越大,颗粒速度越小.研究验证了CPFD手段预测流化床干燥器中气固流动和干燥过程的潜力和可行性,为后续的工业化放大和结构优化打下了基础.     

双密度层流化床的形成特性

双密度层流化床可在一个分选槽中同时形成两个不同分选密度的分选区,一台分选机可同时产出３种不同灰分含量的煤炭产品。作者对二元加重质的流化特性进行了实验研究,在此基础上设计了具有锥形过滤段的特殊流化床床型,形成了可用于三产品分选的双密度层流化床,有效地简化了空气重介流化床干法选煤工艺流程。     

双密度层流化床形成机理

对一种可用于三产品分选的双密度层流化床的形成机理进行了实施和理论研究,分析了流化床中的颗粒受力,论证了锥形段的强化分离功能,研究结果表明,特殊的床型设计强化了二元粒子的分离,适宜的流化气速可使各分选带内的床层密度相对均匀,二者结合可形成能满足选煤工艺要求的双密度层流化床。     

气固磁稳定流化床屈服应力的实验研究

气固磁稳定流化床是分选6～1mm细粒煤的有效手段,屈服应力对气固磁稳定流化床的稳定性和被分选颗粒的运动具有重要影响.采用拉板法,以0.074～0.045mm磁铁矿粉为加重质,对床层的屈服应力进行了研究.结果表明,磁稳定流化床的屈服应力是磁场强度、床层深度和表观气速的函数,分别随磁场强度及床层深度的增加而增大,随流化气速的增大而减小,磁场强度对屈服应力的影响最大,床层深度次之,表观气速影响最小.构建了3个因素对屈服应力的单因素作用模型及综合作用模型,为气固磁稳定流化床分选6～1mm细粒煤提供了理论基础.     

螺旋分选机流场及颗粒运动的数值模拟研究

采用CFD-DEM单向耦合的数值模拟方法研究了螺旋分选机的流场和颗粒的运动特性,实验和模拟分析了1～1.5 mm粒级煤粒的分选过程.结果表明:水流在首圈回转过程中,水膜外缘不断增厚,内缘不断变薄.颗粒随水流进行回转运动,低密度颗粒悬浮在流膜上层,中高密度颗粒呈滚动或跳跃状态.密度、粒度和入料流量对颗粒的回转半径影响显著,当回转角度小于120°时,不同尺度颗粒的运动轨迹基本一致;回转角度大于120°后,密度和粒度越大的颗粒回转半径越小.入料量为3.0 m~3/h时,低密度颗粒和高密度颗粒回转半径差减小至14.07 mm.入料流量对螺旋分选机的分选密度影响明显,对不完善度影响较小.     

床层相含率对多孔颗粒液固和三相流化状态的影响

本文采用压力波动测量技术对Ｓｃｈｏｔｔ多孔玻璃颗粒在液固和三相流化床内不同床层相含率下的流化状态进行了实验研究。结果显示：这种颗粒在液固床中呈完全散式流化态。但在三相流化床中,其流化态可在一定的床层相含率和气速下转为聚式。文中将实验结果与现有的液固流态化状态判据作了比较,发现一些判据在可能定性地描述三相的情形,因而有可能将其扩展用于三相流化状态的判别。     

液固流化床中颗粒流动特性的数值模拟

应用欧拉-欧拉双流体模型,液相采用k-ε湍流模型,同时考虑液固两相间耦合作用,数值模拟液固流化床内液固两相流动,研究了液体密度和粘度对液固流化床内流动特性的影响.研究结果表明,液固流化床内液体、颗粒混合比较均匀,呈现散式流态化特性.颗粒轴向速度随着液体密度和粘度的增大而增大,并且在床内分布趋势相同.数值模拟得到床层膨胀高度的结果与Babu等人公式计算值相吻合.     

振动流态化的能量传递机制及对细粒煤的分选研究

研究了振动能量在粗颗粒(直径大于1mm)气固流化床中的传递与耗散规律,分析了振动改善流化性能的机制,揭示了振动流化床对细粒煤的分选机理.分别对6～3mm和3～1mm粒级乌海煤样进行分选,试验结果表明:振动流化床可有效排出高灰矸石,得到低灰精煤产品,2种入选煤样的分选可能偏差E值分别为0.19～0.225和0.175～0.195,说明了振动流化床可以有效地实现细粒煤的分选.     

宽粒级加重质流化床中煤粉分布特性

干法选煤气固流化床的密度基于煤粉质量分数调节,本文研究了1.5~0.5mm煤粉在宽粒级加重质流化床中的分布特性.实验结果表明,1.5~0.9mm煤粉与0.3~0.06mm磁铁矿粉的混合物不宜作为气固流化床分选的加重质,为了抑制1.5~0.9mm煤粉对床层流压性能的不良影响,其质量分数不应超过3.09%.0.9~0.7mm煤粉可以作为加重质的一部分,但是其比例不宜超过5.12%.0.7~0.5mm煤粉能和所用磁铁矿粉均匀混合,作为加重质进行分选.因此,采用0.3~0.06mm颗粒比例不小于80%的-0.3mm磁铁矿粉作为加重质,基于-1mm煤粉质量分数调节流化床密度是合理的.提出了强化煤粉在流化床中均匀分布的优化方案,为流化床密度调控提供了依据.