《振動與氣流共同作用下的雙組分顆粒分布特性研究》是依託北京科技大學，由王立擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：振動與氣流共同作用下的雙組分顆粒分布特性研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：王立
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
雙組份或寬分布顆粒在振動顆粒床中會出現大顆粒上浮的所謂巴西果（分離）現象，在流化床中會出現大顆粒沉積的反巴西果（分離）現象。如果在振動床中通入低於床層臨界流化速度的氣流，使床層處於非流態化或臨界流態化，顆粒受到振動和氣流共同作用，其分布會表現出不同於無氣源振動床和流化床中的分布規律，也即存在一個兩種顆粒分離現象之間的過渡區域。如果將這一過渡區域套用於氣固床中，可能會有效的解決氣固床操作中的均勻性（分布均勻性、停留時間均勻性、處理質量均勻性以及進出料均勻性等）問題。本申請項目以這一過渡區域為研究對象，實驗研究這一區域存在的條件，參數分布範圍，雙組份顆粒的運動及分布（分離）規律，操作參數、顆粒物性對顆粒運動和分布的影響。並基於非平衡態熱力學和耗散結構理論，研究分離過渡區域存在的條件或範圍（穩定性條件或判據），揭示分離的物理機理。
結題摘要
對顆粒系統在不同激勵條件下的對流形式及分布形態的研究對於工業、農業生產都有著重要的套用前景，本項目通過建立三維顆粒取樣裝置和圖像分析軟體，研究了振動激勵、振動與氣流共同作用下二維與三維床中顆粒的對流與分布狀況，獲得了顆粒體系對流運動形式、和分離相圖。研究發現，振動激勵下的二維床中，顆粒對流卷個數、方向以及強度對振動頻率有較強的依賴性；三維床中，在低頻率（f）和低振動強度（Γ）下，觀察到巴西果相、巴西果混合過渡相、反巴西果混合過渡相、反巴西果相四種穩定相；較高的f和Γ時顆粒系統呈現震盪態；在振動與氣流雙重激勵下的三維床中，較低或較高氣流速度（u/umf<0.40或u/umf>0.73）時，增大Γ使顆粒系統向巴西果分離轉變的傾向先強後弱，而0.40≤u/umf≤0.73範圍內，巴西果分離轉變傾向先弱後強。 通過實驗與理論模擬研究，探究了振動系統中能量的傳遞與耗散，建立了顆粒系統能量耗散模型和混合熵變方程，系統研究了多組分顆粒系統中耗散能的分配以及混合熵的變化，發現無論何種振動振幅和頻率，床層能量耗散速率沿床高方向總是降低；顆粒系統總耗散越大，顆粒獲得的可形成對流的能量越小，小顆粒的上升運動與大顆粒向下運動被抑制，顆粒系統越傾向於BN分布。 此外，進行了豎直振動和水平旋轉共同激勵下顆粒體系的對流與分布的研究，觀察到床層水平方向上的“蝴蝶分布”，獲得了顆粒系統三維分布與分離模式的影響規律，發現垂直振動與水平旋轉共同激勵下可以達到更好的分離效果。 在項目進行中我們發現了振動條件下豎直管中顆粒逆重力填充的新現象，並進行了系統研究，獲得了Γ、f等因素對顆粒逆重力填充特性影響的規律及相圖。建立了顆粒提升理論模型，發現“逆重力填充”現象是顆粒與顆粒、顆粒與間隙氣體之間相互作用的結果。 結合基礎理論研究成果，開展了與相關實用技術結合的套用研究，包括1、分子篩吸附空氣純化過程工藝三分子篩流程的節能效果研究；2、振動、機械攪拌和氣流共同作用下超細粉體的團聚性能研究；3、超細矽粉和非晶氮化矽粉在高溫下的加速誘導晶化機理研究。 本項目在國內外重要學術刊物發表論文18篇，其中國際期刊10篇（2篇JCR一區，5篇JCR二區，3篇JCR三區），中文期刊1篇，單篇最高影響因子3.909，總影響因子27.58, 申請國家發明專利1項。
