粘附性顆粒動(dòng)理學(xué)及氣固兩相流體動(dòng)力特性的研究.pdf

1、粘附性顆粒已經(jīng)在制藥、食品、化妝品、催化、生化、能源等領(lǐng)域取得了重要的應(yīng)用。在不同工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中均會(huì)遇到粘附性顆粒的混合、表面處理、輸送等過程，在此流態(tài)化是一種很有潛力的技術(shù)。目前科學(xué)家們對(duì)粘附性顆粒的流態(tài)化研究主要集中于實(shí)驗(yàn)研究，數(shù)值模擬研究做的比較少，特別是對(duì)傳統(tǒng)的雙流體模型，如何進(jìn)一步改進(jìn)完善，以適應(yīng)粘附性顆粒的氣固兩相流動(dòng)的研究，成為當(dāng)務(wù)之急。
　　基于Chapman和Cowling的稠密氣體動(dòng)理學(xué)方法，建立了粘附性顆粒動(dòng)

2、理學(xué)理論，提出了顆粒相本構(gòu)方程?？紤]氣相和粘附性顆粒聚團(tuán)間及聚團(tuán)和聚團(tuán)間的動(dòng)量和能量的傳遞和耗散，推導(dǎo)了粘附性顆粒聚團(tuán)固相粘度系數(shù)、粘附性顆粒聚團(tuán)壓力和熱通流量等物性參數(shù)計(jì)算模型，完善了可應(yīng)用于粘附性顆粒系統(tǒng)的粘附性顆粒的顆粒動(dòng)理學(xué)模型以及氣固兩相雙流體模型。
　　假設(shè)流化床中聚團(tuán)的碰撞以兩個(gè)聚團(tuán)之間的對(duì)碰為主要形式，根據(jù)受力平衡原理，考慮聚團(tuán)碰撞之后是團(tuán)聚還是分離，取決于聚團(tuán)所受的曳力、碰撞力、粘性力和表觀重力(重力-浮力)的平

3、衡，從而得到聚團(tuán)尺寸估算模型。
　　在笛卡爾坐標(biāo)系下應(yīng)用粘附性顆粒氣固兩相雙流體模型，并采用力平衡聚團(tuán)尺寸估算模型，數(shù)值模擬循環(huán)流化床內(nèi)流體動(dòng)力特性，研究時(shí)均顆粒速度、聚團(tuán)大小和濃度的分布特性以及顆粒聚團(tuán)溫度隨顆粒聚團(tuán)濃度的變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，粘附性顆粒聚團(tuán)在循環(huán)流化床提升管內(nèi)流動(dòng)呈現(xiàn)環(huán)核流動(dòng)。聚團(tuán)尺寸計(jì)算結(jié)果顯示在床層底部和邊壁高濃度區(qū)易出現(xiàn)大顆粒聚團(tuán)。由于出口位置的影響，在出口附近出現(xiàn)了聚團(tuán)堆積。研究還表明，顆粒碰撞彈性恢復(fù)系

4、數(shù)和界面能的變化將直接影響流化聚團(tuán)的生成。操作條件的變化將改變顆粒聚團(tuán)間的碰撞受力及氣體對(duì)聚團(tuán)的作用力，進(jìn)而直接影響粘附性顆粒的聚團(tuán)形成，也將影響循環(huán)床的整體流動(dòng)特性。瞬時(shí)顆粒聚團(tuán)濃度的快速傅立葉變換顯示濃度波動(dòng)主頻為0.03到1.26Hz。瞬時(shí)顆粒濃度波動(dòng)的小波多尺度分析結(jié)果顯示的濃度波動(dòng)主頻與快速傅立葉變換的結(jié)果基本吻合。
　　建立了噴動(dòng)床粘附性顆粒氣固兩相流流動(dòng)模型，對(duì)噴動(dòng)床內(nèi)粘附性顆粒氣固兩相流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。模擬結(jié)果表

5、明，噴動(dòng)床內(nèi)粘附性顆粒氣固兩相流場(chǎng)與一般的噴動(dòng)床流場(chǎng)不同，僅有噴射區(qū)和環(huán)隙區(qū)，無噴泉區(qū)。倒錐體復(fù)雜壁面將影響噴動(dòng)床內(nèi)氣固兩相流動(dòng)變化。采用傅立葉變換和小波多分辨分析對(duì)顆粒聚團(tuán)瞬時(shí)濃度信號(hào)分析表明噴動(dòng)床內(nèi)氣固兩相流動(dòng)具有非線性特性，小波多尺度預(yù)測(cè)了瞬時(shí)顆粒聚團(tuán)濃度的脈動(dòng)頻率特性。采用Shannon信息熵理論分析了粘性顆粒在噴動(dòng)床內(nèi)流化的混沌特性，研究結(jié)果表明：Shannon信息熵值在1-3之間，隨著氣體速度和倒錐體傾角角度增加而下降。床層

6、不同區(qū)域的Shannon信息熵具有較大的差異。
　　應(yīng)用粘附性氣固兩相顆粒動(dòng)理學(xué)模型數(shù)值模擬了納米尺寸顆粒在流化床內(nèi)的流動(dòng)。模擬結(jié)果表明，納米顆粒在流化床內(nèi)流化特性呈現(xiàn)散式流化，床層膨脹率較高，床內(nèi)很難有氣泡生成。模擬對(duì)比了Zhou&Li和Xu&Zhu兩種粘附性顆粒聚團(tuán)尺寸估算模型，對(duì)比發(fā)現(xiàn)Zhou&Li更加詳細(xì)考慮了曳力和重力對(duì)顆粒聚團(tuán)及破碎的影響。其模擬得出聚團(tuán)尺寸更加吻合實(shí)驗(yàn)結(jié)果。同時(shí)，采用信息熵方法分析納米顆粒聚團(tuán)流化的混