固體廢棄物流化床異型顆粒的多尺度混合機理研究

《固體廢棄物流化床異型顆粒的多尺度混合機理研究》是依託東南大學，由邵應娟擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：固體廢棄物流化床異型顆粒的多尺度混合機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：邵應娟
• 依託單位：東南大學

中文摘要

顆粒混合特性是氣固流化床複雜研究體系中的共性科學問題之一，對於流化床的設計和結構參數的最佳化具有重要的學術意義和工程指導價值，是工程熱物理與能源利用學科重要的基礎研究問題。本項目針對十二五大力發展可燃固體廢棄規模化利用的國家重大需求，提出開展異型顆粒的在流化床中的多尺度混合機理專題研究。放射性顆粒示蹤是目前國際上公認最有效的研究流化床內顆粒混合行為的實驗手段之一，本項目通過發展安全核素標記-雙快速γCCD耦合成像的放射性顆粒示蹤新方法，實現對流化床內顆粒運動和傳遞的非接觸式三維實時捕獲；同時提出顆粒混合特徵的科學數理表征方法，闡明顆粒的多尺度混合機制，建立顆粒混合特性與顆粒物性參數、設備結構參數、操作參數和流動結構之間的內在聯繫。其研究成果有望建立一套具有創新性的異型顆粒混合特性的科學實驗方法，豐富研究手段；揭示可燃固體廢棄流化床異型顆粒複雜的運動和傳遞機制，提高認知水平。

結題摘要

顆粒混合特性是氣固流化床複雜研究體系中的共性科學問題之一，對於流化床的設計和結構參數的最佳化具有重要的學術意義和工程指導價值。本項目針對“可燃固體廢棄規模化利用”的國家需求,提出開展異型顆粒流化床中多尺度混合機理的專題研究。 主要研究內容分為三部分： 首先，設計並構建了針對異形顆粒分布測量的X光透視成像裝置，並自行編寫了X光顆粒測量圖像解析軟體。測量方案主要依據X光透視成像原理，由X光電源激發出X射線對目標區域（流化床模型）進行照射，穿透目標後X射線在X光探測器上形成異形顆粒和流場的透視圖像，通過自編軟體對所得圖像進行解析，就可得到顆粒混合行為信息（灰度分析可獲得任意區域內孔隙率分布、固相含率等）。本裝置採用水冷式負高壓型X光管，結合互補金屬氧化物半導體感測器（COMS）直接耦合閃爍體光纖板（FOS型）平板探測器，與國內外同類研究相比，具有更高的成像速度和成像精度。 同時，為進一步解析流化床內異型顆粒的運動和分布特性，本項目也在上述X光透視成像測量系統的基礎上，通過異型顆粒內嵌高X光吸收材料，製作示蹤顆粒，實現特定顆粒在X光照片上顯像；並編寫X光示蹤顆粒圖像處理專用軟體包，實現對顆粒位置分布、顆粒速度和顆粒姿態的全真恢復。軟體編寫時針對每個工況需處理數千至數萬張以上高像素圖像的需求，通過前置圖像獲取、壞點矯正、Retinex圖像增強等預處理功能，並借鑑人臉識別技術中Haar特徵識別和Adaboost級聯分類器方法，提高處理精度和效率。目前，本軟體已經成功實現了示蹤顆粒的自動識別和顆粒位置、速度和姿態自動化線上批量處理。 此外，在上述研究基礎上，本項目也開展了異型顆粒流化過程中顆粒分布特徵的實驗研究，使用正交格線進行了空間位置離散劃分，並通過疊代解析X光照片中示蹤顆粒位置，統計每個格線中示蹤顆粒的出現次數，實現準三維空間內顆粒分布規律的精準測量，並在此研究基礎上，實現對異型顆粒流化床的巨觀氣固流動特性的研究，揭示可燃固體廢棄流化床內，異型顆粒複雜的運動和傳遞機制。 至此，本項目已順利完成任務書中提出的兩個關鍵科學問題：“顆粒運動和傳遞過程的非接觸式三維實時捕獲”及“顆粒混合特性的數理描述與多尺度關聯”，相關研究成果已公開發表於文獻和專利。 項目執行期內發表第一標註（項目號51206026）SCI收錄論文6篇，EI收錄論文共9篇，獲授權國家發明專利3項。