流化超細顆粒相間作用與顆粒動理學的研究

《流化超細顆粒相間作用與顆粒動理學的研究》是依託哈爾濱工業大學，由陸慧林擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：流化超細顆粒相間作用與顆粒動理學的研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陸慧林

項目摘要

本項目將以氣體-超細顆粒兩相流態化過程為研究對象，以稠密氣體分子運動論為基礎，建立超細顆粒碰撞動力學，研究超細顆粒相互作用規律。基於矩量法，建立超細顆粒團聚粒徑分布密度函式，分析超細顆粒表面能和氣體湍流作用對流化過程中超細顆粒團聚的影響。基於Chapman-Enskog逐級漸近法，建立超細顆粒動理學模型。分析超細顆粒能量傳遞和耗散的變化規律，研究超細顆粒粘附聚團對顆粒相巨觀流動特性的影響。採用SiO2、TiO2和Al2O3 超細顆粒為流化顆粒，套用高速攝像技術和電容層析成像技術，進行氣體-超細顆粒流化特性的實驗研究，研究氣體-超細顆粒流態變化規律。結合考慮超細顆粒脈動流動效應的氣相大渦模擬和超細顆粒動理學，建立流化床氣體-超細顆粒氣固兩相歐拉-歐拉雙流體模型，研究氣體-超細顆粒兩相流動流體動力特性。為正確預測氣體-超細顆粒兩相流動、傳熱傳質和反應過程和工程套用奠定理論基礎。

結題摘要

本項目以流體超細顆粒流動過程為研究對象，建立超細顆粒動理學模型，基於Chapman-Cowling的稠密氣體動理學方法，推導套用於超細顆粒的固相粘度係數、固相壓力等參數的計算模型，提出了顆粒相本構方程構建了超細顆粒的顆粒動理學模型和氣固兩相流動模型。基於顆粒數量平衡方程，分析在超細顆粒黏性力作用下的顆粒數密度的變化，揭示流化過程中顆粒數量和顆粒聚團直徑等的變化規律。 數值模擬循環流化床內流體動力特性，研究時均顆粒速度、聚團大小和濃度的分布特性以及顆粒聚團溫度隨顆粒聚團濃度的變化規律。研究發現在床層底部和邊壁區域易出現大超細顆粒聚團。瞬時顆粒聚團濃度的快速傅立葉變換顯示顆粒濃度波動主頻為0.03到1.26Hz。 建立了噴動床超細顆粒氣固兩相流流動模型，模擬結果表明噴動床內超細顆粒氣固兩相流動僅有噴射區和環隙區，無噴泉區。採用傅立葉變換和小波多分辨分析對顆粒聚團瞬時濃度信號分析表明噴動床內氣固兩相流動具有非線性特性，小波多尺度預測了瞬時顆粒聚團濃度的脈動頻率特性。研究結果表明超細顆粒在噴動床內流化的Shannon信息熵值在1-3之間。 數值模擬鼓泡床內超細顆粒流化特性。計算結果表明，流化聚團直徑沿床高分布可以分為三個區：底部大尺寸聚團聚集區、上部小尺寸聚團分布區和中間過渡區。並聯鼓泡床中超細顆粒的聚並和破碎過程數值模擬表明不同分床中進行聚團和破碎過程，發現聚團直徑的差異導致不同床體間形成壓力差，該壓力差是形成顆粒內循環的主要動力。 超細TiO2顆粒和碳酸鈣超細顆粒流化特性進行了實驗研究，測量獲得TiO2超細顆粒和碳酸鈣超細顆粒的臨界流化速度分布，實驗結果表明臨界流化速度與超細顆粒粒度無關，取決於超細顆粒聚團分布。電容層析成像濃度測試技術進行三維鼓泡流化床內氣體和超細顆粒流化研究，實驗獲得不同操作速度下鼓泡床內超細顆粒濃度的分布規律，揭示了氣體超細顆粒流化特性的變化規律。