回转圆筒内固体颗粒径向偏析的研究

混合固体颗粒在回转圆筒内运动时要发生径向偏析,笔者认为颗粒的渗流以及粗细颗粒的流动性不同是引起颗粒偏折的主要原因。本文通过实验得到了筒体转速及填充系数对偏析的影响。     

回转圆筒内固体颗粒偏析行为的研究进展

系统介绍了固体颗粒在回转光壁圆筒内运动时的偏析现象及发生机理和影响因素的研究成果,并作了简要评述,最后指出了其研究方向及尚待研究的课题。     

串罐式无钟高炉炉顶炉料运动的离散元分析

建立了串罐式无钟炉顶装料系统全模型,应用离散单元法对炉料从皮带到炉喉运动的全过程进行数值计算,考察了皮带上上下料罐内的粒度偏析,对比了料罐内是否安装石盒对料罐内炉料分布、料罐装料和卸料时炉料运动及布料时料流粒度变化的影响. 结果表明,皮带上小颗粒向料层下部渗透,皮带末端料层下部平均粒度比上部小. 炉料沿上料罐周向、径向和纵向存在粒度偏析;沿下料罐径向和纵向存在粒度偏析,周向上分布较均匀,相对粒度变化的标准差为0.03. 料罐内安装石盒对周向和纵向粒度分布影响较小,石盒附近小颗粒渗透影响径向粒度分布,料面基本水平,料罐卸料呈活塞流;无石盒时料面形成堆尖,料罐卸料呈漏斗流. 布料时料流粒度变化受料罐内料流运动和炉料分布影响,料罐内不安装石盒时料流粒度变化的标准差为7.15,安装石盒时为10.42,料流粒度变化更明显.     

颗粒物料在半封闭式回转鼓内的混合特性

采用DEM离散单元法,对不同转速与倾角下半封闭式回转鼓内颗粒物料的混合过程进行了模拟。通过“颗粒接触数”定义的分离指数S,分析了不同转速和倾角对回转鼓内颗粒物料径向与轴向混合特性的影响。结果表明：转速与倾角对回转鼓内颗粒物料径向与轴向混合特性有显著的影响;倾角不变,转速分别为15r/min、30r/min、45r/min时,颗粒物料的径向与轴向混合速度随转速的增加而增加,当转速超过30r/min后,增加转速对径向与轴向混合速度的影响越来越小;转速不变,倾角分别为0°、17°、34°时,增大倾角能有效的增加轴向混合速度,但对径向混合速度没有促进作用,当倾角超过17°后,轴向混合速度的增幅随着倾角的增加而逐渐变小,而径向混合速度随着倾角的增大而减小,但增加转速可以减小径向混合速度下降幅度。     

内返料喷浆造粒干燥机分级返料研究

设计磷铵用全内返料喷浆造粒干燥机的关键是返料螺旋的确定,返料的前提是颗粒在回转圆筒内充分有效的分级。本文通过理论分析与简单的几何变换得到了返料螺旋口高度的计算公式,实验验证并得到修正系数。该公式为返料螺旋的确定提供依据     

内返料内分级喷浆造粒干燥机尾锥内粉体运动特性研究

通过对三种不同锥体内粉体物料的运动形式及粒度分布的研究,揭示了粉体物料在回转锥体内运动形式和规律及锥体内粉体物料的粒度分布性质,得出了属锥具有一定的分级作用,在回转锥体内粉体物料存在“二次偏析”及“返混现象”的结论;在全内返料内分级及喷浆造粒干燥机中推荐采用３７°角锥体且在锥小端设置挡环。     

多层百叶窗式挡板对三相流化床中固体颗粒轴向分布的影响

针对作者开发的带有导管与多层百叶窗式挡板特殊构型的三相流化床反应器, 实验考察了百叶窗式挡板层数与挡板倾角构型参数、气体与浆液流量操作参数对床内固体颗粒轴向浓度分布及粒度分布的影响.实验结果表明, 百叶窗式挡板的层数是影响固体颗粒轴向浓度分布及粒度分布的主要因素,当百叶窗层数多于15层时, 挡板上下方分区明显.并就挡板影响颗粒分布的可能机制进行了分析讨论.     

多段分级转化流化床提升管速度场的研究

针对流化床煤气化过程中需要长气固接触时间和高固体浓度,开发了耦合灰熔聚流化床和提升管的多段分级转化流化床。为了研究多段分级转化流化床提升管中局部颗粒速度的径向、轴向分布,在不同的操作条件下,采用PV-6型颗粒速度测量仪在冷态实验装置中系统测定提升管内局部颗粒速度。实验结果表明:提升管中任何径向、轴向位置的颗粒速度随着操作气速的增大而增大,随循环量的增加而减小。操作条件对中心区颗粒速度变化的影响明显高于边壁区。颗粒的加速首先发生在提升管中心区域,然后向边壁区域扩展。颗粒速度径向分布的不均匀性沿轴向逐渐增大,并且受操作气速影响比较大。     

多段分级转化流化床提升管局部固体体积分数分布

在射流流化床与提升管耦合的多段分级转化流化床冷态实验装置上,采用PC6D型颗粒体积分数测量仪,系统研究了提升管中局部固体体积分数径向分布及其轴向发展规律。结果表明:固体体积分数的径向分布为中心区固体体积分数较稀、分布均匀,边壁区为体积分数高、分布陡峭的环核流动结构。提升管中径向颗粒体积分数的轴向发展为:提升管底部,中心区和边壁区固体体积分数随轴向高度的增加而减小,边壁区固体体积分数的减小趋势明显高于中心区;提升管的发展段,边壁区固体体积分数随高度的增加而减小,而中心区固体体积分数几乎不变。提升管所有截面上各径向位置的固体体积分数随表观气速ur,g的减小或固体循环量G S的增加而增大,边壁区固体体积分数受操作条件影响的敏感程度明显高于中心区和过渡区。拟合得到了升管不同径向区域内固体体积分数与截面平均固体体积分数的关系式,误差分析表明该表达式的计算值和实验值吻合较好。     

喷嘴进料对提升管进料段内颗粒浓度分布的影响

在提升管冷模实验装置上考察了喷嘴进料对颗粒浓度径向分布的影响规律. 结果表明,提升管进料段内存在3种形式的颗粒浓度径向分布,在距喷嘴较近的轴向区域,颗粒浓度沿径向呈明显的W形分布,喷嘴进料对颗粒流动的影响很强;在距喷嘴较远的轴向位置,颗粒浓度沿径向呈环-核分布,喷嘴进料对颗粒流动的影响很弱;在二者之间,颗粒浓度沿径向呈弱W分布,喷嘴进料对颗粒流动具有一定影响. 随着喷嘴气速的增加或预提升气速的减小,颗粒浓度逐渐由W形分布转变为环-核分布,喷嘴进料对颗粒流动的影响逐渐减弱. 采用喷嘴射流动量与预提升来流动量比Mj/Mr考察了操作参数及装置结构尺寸对提升管进料段内颗粒浓度径向分布的综合影响. 在实验范围内,动量比对进料段内颗粒浓度径向分布及颗粒流动行为具有明显的影响规律,随着动量比的增加,颗粒浓度逐渐由W形分布转变为环－核分布,操作参数及装置结构尺寸对颗粒流动的影响逐渐减小. 在动量比小于4.21时,操作参数及装置结构尺寸对颗粒流动的影响在H=0.675~1.075 m间的轴向位置基本结束;在动量比增大为4.21时,操作参数及装置结构尺寸对颗粒流动的影响在H=0.375~0.675 m间的轴向位置便已基本结束.     

双组分固体颗粒在连续操作的三相床反应器中的轴向浓度分布

在一内径为4.2cm、高为150cm的连续操作的三相床反应器中对双组分固体颗粒的轴向浓度分布进行了实验研究. 实验用的固体混合物物料一组为粒径不同的联二脲颗粒,另一组为润湿性不同的联二脲与发泡剂ADC颗粒的混合物.为描述不同特性的颗粒浓度在床内的轴向分布,提出了修正的沉降分散模型.模型计算值能很好地拟合实验数据.     

回转窑中固体颗粒平均停留时间的计算

在倾斜的出口有挡料环的回转窑中,采用脉冲示踪法研究了回转窑中固体颗粒的流动模型,运用正交试验法安排实验,实验证明固体颗粒在回转窑中的运动接近于平推流;通过对固体颗粒在回转窑中运动机理的分析,导出了平均停留时间的计算公式,实验值与理论计算值吻合得较好.     

基于分离效率的卧螺离心机CFD分析

从分离效率的角度对卧式螺旋卸料离心机转鼓内的流场进行数值分析.通过剖析推料螺旋与转鼓溢流堰的结构特点可知,转鼓内流体在轴向为薄层流动,在径向由于涡流产生向内流动导致颗粒上浮,这两者对离心机分离效率有决定性的影响.结合CFD数值分析和颗粒的Stokes沉降运动关系,提出将薄层流动与上浮临界粒度应用于离心机分离能力计算的理论和方法.文章通过定义沉降粒度和上浮临界粒度,进一步把分离能力计算与分离效率相关联,使该方法更接近离心机分离工艺的实际情况.通过对工业中典型离心机进行实例计算,证明了该方法的可行性和准确性.     

快速流态化两通道模型

本文根据实验观测及文献资料,提出了一个快速流态化气固两通道流动模型.该模型综合考虑了固体颗粒在床内的轴、径向密度分布和颗粒的内循环流动,具有物理意义明确、模型参数少等优点.通过对文献及本实验的多组轴向空隙率分布数据的验算,获得了模型参数的经验关联式.计算表明,该模型可以较好地描述快速流化床内气固运动及颗粒密度分布的规律.     

氧热法电石合成气流床反应器的流动特性

针对氧热法电石合成的电石生成吸热和碳燃烧放热耦合特点,构思并研究了适用该过程的两相气流床反应器。采用空气-氯化聚氯乙烯(CPVC)-磷酸钙颗粒[Ca3(PO4)2]模拟物系,实测了不同喷射气速、固体颗粒进料速度情况下气流床床层内局部气速的轴径向分布、固体颗粒浓度的轴径向分布。结果表明:床层局部气速沿反应器轴向高度的增大而减小,并在轴向位置H=0.90 m时达到最小;在同一喷射气速下,床层局部气速沿反应器径向分布随着无因次半径r/R的增加而减小;当喷射气速Ug在68.80 m/s到98.29 m/s之间变化时,固体颗粒浓度在床层轴向位置上先增大后减小,并且其值在H=0.40 m时最大;同一进料速度下,在反应区固体颗粒浓度从床层中心到床层壁面处一直在增大。上述结果表明,电石生成反应与燃烧供热反应原位耦合于气流床中是可行的。     

灰熔聚气化炉内气体与固体混合特性的研究

气化炉内的气化剂与煤粉的混合特性直接影响着气化炉内的碳转化率和灰熔聚流化床气化炉的热效率。研究气化炉内气体和固体颗粒的混合特性,掌握炉内气体和固体颗粒的轴向和径向的运动规律,对认识床内传热和传质机理具有重要的意义。基于欧拉双流体模型,结合颗粒动力学理论,应用商用FLUENT软件,对太原化学工业集团有限公司运行的灰熔聚流化床气化炉内的气体与固体的混合特性进行了数值模拟。     

带中心管的两股催化剂颗粒混合预提升结构中的流动特性

在一套大型冷模实验装置上,采用光纤测量系统考察了带中心管的两股催化剂颗粒混合预提升结构内固含率和颗粒速度的分布,以径向不均匀指数对固含率和颗粒速度径向分布进行定量描述,并与不同的预提升结构进行对比. 结果表明,带中心管的预提升结构沿轴向可分为底部、中心管和提升管区,各区固含率和颗粒速度径向分布均匀程度为提升管区>底部区>中心管区;提升管区内1.3~2.3 m间存在一固含率和颗粒速度分布均匀截面;与无中心管的预提升结构和传统预提升结构相比,本实验结构固含率径向分布更均匀,有利于油剂接触;确定了截面平均固含率的影响参数为终端固含率es', Froude数Fr和轴向高度/提升管直径h/Dr;由实验数据回归出预提升结构内截面平均固含率轴向分布的经验模型,计算值与实验值吻合较好.     

方截面循环悬浮床内构件对气固混合行为的影响

在冷态的方截面烟气脱硫循环悬浮床实验装置中,研究了上升床中部内构件不同安装方式对床内气固两相流动结构的影响和气固混合行为的表现。通过实验得到了内构件在几种安装方式的床内轴向颗粒浓度分布和径向上颗粒浓度分布,发现内构件增强了颗粒内循环。大小构件组合并上下交叉安装的方式对提高床密度,改善轴向和径向浓度均匀性发挥了较好作用。这对提高气固混和效率非常关键。     

循环流化床中颗粒团聚物性质的PDPA测量

提出了一种利用相位多普勒粒子分析仪（PDPA）来测量气固循环流化床中颗粒团聚物性质的方法,并运用此方法初步考察了操作条件对循环流化床稀相区中颗粒团聚物性质的影响.在本实验操作条件下,颗粒团聚物的时间分率、频率、内部空隙率以及轴向速度等性质都存在轴径向的不均匀分布,具有较明显的环核特征;固体循环速率对颗粒团聚物性质径向分布影响不大,表观气速的变化可引起其轴向分布规律发生显著改变,但其径向的环核特性仍然存在.     

单孔射流流化床内颗粒混合特性的数值模拟

在欧拉-拉格朗日坐标系下,采用离散单元法对单孔射流流化床内颗粒混合特性进行了数值模拟。引入混合指数对床内轴向及径向布置的颗粒混合质量进行定量分析,并研究了不同表观气速、不同弹性系数对颗粒混合特性的影响。模拟得到了颗粒轴向及径向混合序列图、气体和颗粒速度分布、整床颗粒混合指数分布、参量变化时整床颗粒混合指数分布。结果表明：流化床床层内颗粒混合速度受颗粒内循环能力和颗粒扩散能力的综合作用。单口射流喷动流化床颗粒轴向混合速度主要由颗粒内循环速度决定,颗粒径向混合速度主要由颗粒扩散能力决定。表观气速增大时,颗粒内循环速度增加,从而加快了颗粒轴向混合进程,但对颗粒径向混合影响微弱;弹性系数增大时,颗粒混合速度及混合质量均下降,并且弹性系数增大对颗粒径向混合进程影响小于颗粒轴向混合。