超细粉在声场导向管喷流床中的聚团尺寸预测模型

超细粉的流化性能与聚团尺寸密切相关。通过分析超细粉聚团在声场导向管喷流床中的形成过程,提出了高速射流的剪切作用和聚团间的碰撞作用是决定聚团尺寸的主要原因。在此基础上,结合聚团在射流剪切过程和聚团间碰撞过程中的力平衡分析,建立了声场导向管喷流床中聚团尺寸分布的预测模型;并运用这一模型成功预测了不同射流气速下,超细TiO₂颗粒在声场导向管喷流床中的聚团平均直径和聚团尺寸分布。     

声场对导向管喷流床环隙区流化质量的影响

以平均粒径150μm的空心微珠作为实验物料代替超细粉聚团,在以高速射流为喷动气的半圆柱形导向管喷流床中,分别利用光纤探针和压力传感器测量环隙区颗粒浓度信号、压力脉动信号,通过统计分析和功率谱分析考察了声场对环隙区流化质量的改善作用。结果表明:低频高强度的声场能有效破碎环隙区上部的气泡,减小气泡尺寸,增加气泡内颗粒浓度,使床层两相结构减弱,颗粒平均浓度增大,浓度波动减小。且声压级越大,作用效果越明显;而声波频率的影响则存在一个最佳值,本实验条件下为70Hz,大于或小于该值,声波的作用效果都会减弱。同时声场能消除环隙区下部沟流,促进流化气均匀分布,使颗粒浓度减小,浓度波动增大,并随声压级增加而逐渐与上部接近,从而使环隙区轴向上的流化状态变得更加均匀,流化质量提高。     

声场导向管喷流床流动特性的数值模拟

在内径120 mm、高1 000 mm的导向管喷流床中,以空气为气相,原生粒径290 nm的TiO_2超细颗粒为固相,借助CFD软件ANSYS Fluent 15.0,将声场模型与欧拉双流体模型相结合,将声场对导向管喷流床中超细粉聚团的流动特性进行数值模拟,研究了声场对气泡和固含率云图、固相时均浓度分布、固(气)相时均速度分布以及流化气旁路分率的影响。结果表明:声场的震荡作用促进环隙区颗粒在气流中均匀分散,减小气泡尺寸,从而使固含率分布变得更均匀;而导向管内由于射流速度较高,声场对固相浓度分布影响很小,但在壁面附近,由于射流速度下降,声场的震荡作用使固相浓度下降;声场增大了环隙和喷泉区的湍动强度,轴向时均速度在径向上分布得更加均匀;声场能够有效抑制流化气的旁路,显著减小流化气旁路分率。