非球形顆粒噴動床流體動力學特性及放大規(guī)律研究.pdf

1、噴動床作為典型的流態(tài)化設備目前已廣泛應用于農業(yè)、食品、制藥、能源、環(huán)保、化工、核燃料等眾多領域，如干燥、混合、造粒、包衣涂層等多種物理工藝過程，同時在煤氣化、生物質制合成燃料、油頁巖熱解、鐵礦石還原、焦炭活化、石油催化裂化等諸多熱化學工藝中也顯示了誘人的前景。然而目前對噴動床復雜氣固流動特性的認識還遠遠不能滿足日益廣泛的應用要求，尤其是對非球形顆粒系統(tǒng)在噴動床中動力學特性、氣固相互作用機理以及噴動床放大技術掌握不夠，以至于在設備放大設計

2、、結構和運行參數(shù)優(yōu)化等方面都遇到一定的困難。本文基于試驗和數(shù)值模擬手段，對非球顆粒噴動床動力學特性及放大規(guī)律進行了深入研究。
　　構建了非球形顆粒噴動床試驗系統(tǒng)，以具有典型非球形狀特征的柱狀顆粒為研究對象，實驗揭示了非球顆粒/床料二元顆粒系統(tǒng)的噴動動力學特性。發(fā)現(xiàn)了二元顆粒系統(tǒng)噴動與混合實時同步耦合的行為特點，獲得了二元顆粒系統(tǒng)噴動行為與關鍵參數(shù)隨操作條件的變化規(guī)律和控制機制，提出了床料主導型和非球顆粒主導型兩種不同的非球顆粒噴動

3、系統(tǒng)類型。
　　發(fā)展和改進了噴動床CFD-DEM模擬方法。運用幾何元素組合方法構建具有真實形狀的柱狀顆粒，全面解析柱狀顆粒平面、曲面以及邊線之間多種接觸情形和接觸力計算，改進適用于柱狀顆粒的氣固作用力模型，構建了柱狀顆粒氣固流動CFD-DEM數(shù)理模型，率先在CPU+GPU計算平臺上實現(xiàn)“氣相湍流+真實柱狀顆粒+噴動”的CFD-DEM數(shù)值模擬，從顆粒尺度分析了顆粒形狀對噴動床內顆粒速度、角度、接觸情況等顆粒運動形態(tài)的影響，揭示了柱狀

4、顆粒噴動行為的顆粒形狀效應及微觀機理。
　　提出了噴動床數(shù)值放大設計新方法。利用數(shù)值模擬技術實現(xiàn)噴動床放大過程中氣固流動行為的直觀預測，獲得了放大過程中關鍵參數(shù)隨物料性質、床體結構和操作參數(shù)的變化規(guī)律，提出噴動床放大過程中關鍵參數(shù)預測關聯(lián)式;利用模擬技術深入掌握噴動床關鍵部件形狀、結構、尺寸對床內氣固流動行為的影響規(guī)律;研發(fā)了工業(yè)尺度的噴動床混合器裝置，完成混合器詳細尺寸設計和運行效果考察，給出混合器噴變工況運行特性以及操作運行指