《絲狀柔性顆粒動力學特性及其氣固流化行為研究》是依託中國礦業大學，由耿凡擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：絲狀柔性顆粒動力學特性及其氣固流化行為研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：耿凡
- 依託單位：中國礦業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
絲狀柔性顆粒是類極具代表性的非球形顆粒，對其運動特性的研究是目前顆粒研究領域的前沿和難題。基於前期對球形顆粒和細長桿狀顆粒的大量研究，本項目提出開展絲狀柔性顆粒的動力學特性及其在非均勻氣固體系下流化行為的系統研究：建立基於無根多剛體系統構建絲狀柔性顆粒的方法；建立基於細長體理論和多剛體動力學理論的絲狀柔性顆粒在非均勻流場中的動力學模型，尤其考慮顆粒內部耦合效應；修正多分散的絲狀柔性單顆粒及其顆粒群的曳力模型；研究非均勻氣固體系下絲狀柔性顆粒的運動特性和流化行為；將可視化模擬與實驗研究相結合，驗證並完善數值模型，揭示運行工況下較大量絲狀柔性顆粒的分布特性、多因素的影響規律及顆粒絮團機理。前期的研究已取得重要成果，本項目的深入研究及其成果可為該類顆粒的研究奠定理論基礎，有助於完善非球形顆粒的數值研究理論體系。
結題摘要
絲狀柔性顆粒是類具有代表性的非球形顆粒，在紡織、農業、化工、能源、環保和醫藥等領域都有著十分廣泛的套用，對絲狀柔性顆粒的氣固流化研究是多個領域中的共性科學問題之一。本項目開展了絲狀柔性顆粒的動力學特性及其在非均勻氣固體系下流化行為的相關研究：（1）絲狀柔性顆粒的構建：將每一個絲狀柔性顆粒視為細長片狀，沿其長度方向均勻離散成顆粒段，顆粒段通過鉸約束連線成細長體鏈，可視為一個無根多剛體系統，構建了基於無根多剛體系統結構的絲狀柔性顆粒。（2）絲狀柔性顆粒動力學模型：首先，對於每個顆粒段計算其相關動力學參數；其次，相鄰顆粒段之間通過鉸約束連線，由約束方程求解；然後，結合第一類拉格朗日方程，得多剛體系統的動力學方程；最後，經初步計算與實驗確定顆粒合適的離散度和相關計算參數。（3）曳力模型及曳力修正：基於歐拉-歐拉方法，研究了氣固體系下的顆粒的曳力模型：Gidaspow模型、Schiller模型、Syamlal-OBrien模型和Wen-Yu模型以及修正的Syamlal-OBrien模型；分析了不同工況下的顆粒相軸徑向分布規律；基於曳力修正係數及修正的Syamlal-OBrien模型，分別研究了球形顆粒、橢圓顆粒及片絲狀顆粒的流化過程，分析了不同工況下的顆粒相軸徑向分布規律：在提升管內，球形顆粒的濃度分布相對均勻，非球形顆粒的濃度分布不均勻，且隨著非球形度的增加，顆粒相濃度分布的不均勻程度也增加。（4）非均勻氣固體系下絲狀柔性顆粒的流化行為：基於所建立的絲狀柔性顆粒的運動模型，對具有一定長度分布的絲狀柔性顆粒在非均勻氣相場中的流化運動展開了一系列模擬研究，著重分析了顆粒在流化床提升管內的數量濃度分布特性；同時，在現有的冷態流化床實驗台上，以菸絲這類細長柔性絲狀顆粒為研究對象進行流化研究，獲得了的菸絲顆粒在提升管內的分布與濃度的實驗結果，驗證了所建立模型；探討了入口風速和加料速率對顆粒濃度分布的影響，獲得了流化過程中顆粒的分布以及流化參數影響顆粒分布特性的規律性結論。實現了對絲狀柔性顆粒流動特性的可視化研究，可揭示流化床內顆粒複雜的運動、分布規律及顆粒絮團機理。
