氣固流化床非球異質(zhì)顆粒介觀混合特性的實(shí)驗(yàn)研究與三維DEM直接數(shù)值模擬.pdf

1、ExperimentalInvestigationand3DDEMsimulationonParticleMixingCharacteristicinGasSolidFluidizedBedADissertationSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofDoctorofEngineeringBYZHANGYongSupervisedbyProfJINBao—shengSc

2、hoolofEnergyandEnvironmentSoutheastUniversitySept2010粒混合做了較多的研究，但對(duì)顆?；旌仙顚哟螜C(jī)理的研究較缺乏，尤其是在介觀尺度上的混合特性，認(rèn)識(shí)還很不夠。隨著流化床在工程應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴(kuò)展，一些復(fù)雜的氣固兩相流動(dòng)及非球異質(zhì)顆粒的混合過程也不斷出現(xiàn)，已有的認(rèn)識(shí)應(yīng)用于這些復(fù)雜過程尚有一定的局限性，迫切需要對(duì)氣固流化床非球異質(zhì)顆粒的介觀混合特性進(jìn)行深入的研究。同時(shí)，對(duì)氣固流化床顆?；旌咸匦?/p>

3、的掌握，無論是對(duì)于氣固流化床的設(shè)計(jì)，還是對(duì)于操作運(yùn)行的控制和優(yōu)化，都具有重要的學(xué)術(shù)意義和工程參考價(jià)值。本文首先在小尺度噴動(dòng)流化床實(shí)驗(yàn)裝置上，采用常規(guī)的插板／隔板測(cè)試手段，基于表觀現(xiàn)象、動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)結(jié)果三方面的有機(jī)結(jié)合，考察了同質(zhì)顆粒系統(tǒng)和異質(zhì)顆粒系統(tǒng)(異重和異質(zhì)顆粒)的流化和混合過程。對(duì)于同質(zhì)顆粒系統(tǒng)，分析了顆?；旌系难葑冞^程，定義了混合過程的三個(gè)典型階段，描述了各個(gè)階段混合的主要特點(diǎn)，確定了影響顆?；旌系年P(guān)鍵因素，獲得了宏觀顆?；旌?/p>

4、特性。對(duì)于異質(zhì)顆粒系統(tǒng)，分析了操作參數(shù)和物性參數(shù)對(duì)顆粒混合的影響，建立了耦合氣固流動(dòng)結(jié)構(gòu)和顆?；旌闲袨榈漠愘|(zhì)顆?；旌舷鄨D，進(jìn)一步從顆粒質(zhì)量交換角度實(shí)現(xiàn)了對(duì)流動(dòng)結(jié)構(gòu)相圖的再分區(qū)。針對(duì)生物質(zhì)秸稈熱化學(xué)利用過程中秸稈物料和床料的混合和流化，在中試規(guī)模流化床顆?；旌蠈?shí)驗(yàn)裝置上，采用高分辨率數(shù)字圖像采集和處理、高精度多通道壓力／差壓信號(hào)實(shí)時(shí)采集和處理等系統(tǒng)，本文研究了條狀／柱狀異形顆粒在氣固流化床內(nèi)與床料的混合和分離模式，揭示了條狀／柱狀異形顆粒

5、的混合和分離機(jī)制。其次，針對(duì)常規(guī)的測(cè)試技術(shù)在進(jìn)一步認(rèn)識(shí)氣固流化床特別是稠密氣固流化床復(fù)雜的顆?；旌咸匦砸呀?jīng)變得愈加困難，本文攻克了微波加熱一紅外熱成像技術(shù)用于顆?；旌涎芯康囊幌盗屑夹g(shù)難題：采用不銹鋼弧形爐腔設(shè)計(jì)思路，實(shí)現(xiàn)了微波對(duì)移動(dòng)單點(diǎn)或多點(diǎn)持續(xù)聚集加熱的合理設(shè)計(jì)；提出并實(shí)踐了微波防輻射網(wǎng)疊加透紅外玻璃的設(shè)計(jì)路線，實(shí)現(xiàn)了微波密閉與紅外穿透的合理匹配；基于強(qiáng)極性材料碳化硅粉末摻混高溫黏合劑的方法，提出了一種既能滿足微波加熱又能改變物性參數(shù)

6、的極性示蹤顆粒制備方法，克服了常規(guī)示蹤顆粒難以同時(shí)被加熱和改變物性的缺點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，發(fā)展了“微波加熱一紅外熟成像”顆?；旌蠝y(cè)量和表征新方法，解決了常規(guī)測(cè)試技術(shù)難以獲得在介觀尺度上的顆?；旌闲畔㈦y題，并成功應(yīng)用于氣固流化床內(nèi)單顆粒示蹤和多顆?；旌系难芯?，獲得了異質(zhì)顆粒的介觀混合特性。針對(duì)傳統(tǒng)混合指數(shù)在評(píng)價(jià)整體混合時(shí)對(duì)高質(zhì)量混合度敏感性較差，以及濃度標(biāo)準(zhǔn)差在評(píng)價(jià)局部混合時(shí)難以從定量上準(zhǔn)確表征低質(zhì)量混合度的缺點(diǎn)，結(jié)合分子運(yùn)動(dòng)理論和SHANN

7、ON信息熵分析方法，本文提出了新的表征顆粒混合質(zhì)量的SHANNON信息熵增混合指數(shù)，從數(shù)理統(tǒng)計(jì)和系統(tǒng)物理特性角度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)介觀尺度上局部區(qū)域混合質(zhì)量的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，并成功應(yīng)用于流化床非穩(wěn)定階段顆?；旌系难芯?，獲得了操作參數(shù)、物性參數(shù)與混合特性之間的關(guān)聯(lián)性。最后，本文在球形顆粒CFDDEM氣固流動(dòng)三維數(shù)理模型的基礎(chǔ)上，采用球元理論構(gòu)建非球形顆粒的思想，構(gòu)建了柱狀／條狀顆粒在三維流場(chǎng)空間的受力和運(yùn)動(dòng)模型，并建立了柱狀／條狀顆粒體系、球形與柱狀／