振动流化床中颗粒的混合与分离研究
脉动流化床内颗粒分离行为的数值模拟
第39卷,总第225期2021年1月,第1期《节能技术》ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGY Vol.39,Sum.No.225Jan.2021,No.1脉动流化床内颗粒分离行为的数值模拟张晓光(中国特种设备检测研究院,北京 100029)摘 要:脉动流化床可以实现多组分颗粒的分离而受到广泛关注。
基于此,这里采用双流体模型,对脉动流化床多组分混合颗粒分离行为开展了数值模拟研究。
通过与实验结果比较,模拟可以较好地预测颗粒的分离行为。
比较了脉动流和连续流对分离行为的影响,结果表明,脉动流可以极大地促进颗粒的分离效率。
同时评估了脉动频率和颗粒粒径的影响,研究发现,脉动频率的增大可以促进颗粒的分离效果,然而过高的频率会阻碍颗粒的分离。
关键词:脉动气流;流化床;分离;数值模拟;双流体模型中图分类号:TK229 文献标识码:A 文章编号:1002-6339(2021)01-0050-04Simulation of Segregation Behaviors of Binary Mixture ina Fluidized Bed with Pulsed FlowZHANG Xiao -guang(China Special Equipment Inspection and Research Institute,Beijing 100029,China)Abstract :Pulsation -assisted fluidized beds can achieve the separation of multi -component particles,which has attracted more and more concerns.Based on this,the two -fluid model is employed to numeri⁃cally investigate the segregation of binary mixture in pulsed fluidized bed.By a comparison with the ex⁃perimental data,the model can give a good prediction.A comparison of pulsed flow and continuous flow is also conducted.The results reveal that the pulsed flow can greatly improve the segregation efficiency of particles.Meanwhile,the effects of pulsation frequency and particle size are evaluated.It is found that the increase of pulsation frequency can enhance the segregation degree.Whereas an excessive frequencywill hinder the particle segregation.Key words :pulsed flow;fluidized bed;segregation;numerical simulation;two -fluid model 收稿日期 2020-02-19 修订稿日期 2020-07-15作者简介院张晓光(1986~),男,硕士研究生,高级工程师,主要研究方向为锅炉设计与数值模拟。
振动流化床工作原理
振动流化床工作原理
振动流化床是一种利用振动力学原理使颗粒在气流中悬浮并形成流化状态的设备。
其工作原理主要可以分为以下几个步骤：
1. 设置振动源：在流化床底部设置振动源（如振动电机），通过向床体施加振动力。
2. 加入颗粒物料：将待处理的颗粒物料加入流化床。
3. 加入气体：床体内加入流化介质（如气体），通过气体的进入产生气流。
4. 形成流化状态：当气流加速到一定程度时，床内的颗粒物料开始悬浮并形成流化状态。
此时，床内的颗粒物料表现出液体的特性，如流动性、混合性、传热性等。
5. 完成处理：颗粒物料在流化床中进行所需的处理过程，如干燥、颗粒化、冷却等。
处理过程中，床内的颗粒物料与气流之间发生热质量传递、动量传递等。
6. 收集和分离：经过处理的颗粒物料和床内的气流进一步分离，收集处理完成的颗粒物料，同时将废气排出。
振动流化床工作原理的关键在于通过振动力学原理使床内的颗粒物料保持悬浮状态，以增加气体与颗粒物料之间的接触面积和作用力，提高传质传热效率。
同时，振动还可以防止颗粒物料堆积和粘结，保持床层的均匀性和稳定性。
振动流化床中双组份颗粒分离特性
2001年 10 月 The Chinese Journal of Process Engineering Oct. 2001 振动流化床中双组份颗粒分离特性靳海波1, 张济宇2, 张碧江 2(1. 北京石油化工学院化工系，北京 102600；2. 中国科学院山西煤炭化学研究所，山西太原 030001)摘要：在圆柱形振动流化床中，对13种体系进行了双组份颗粒分离特性的研究. 通过分析上部与下部沉积组份的浓度，采用Williams的分离系数作为目标值，考察了振动参数及操作参数对分离特性的影响. 根据实验结果，采用Zhang–Peng分离判别系数与振动强度的综合来判定分离体系.关键词：振动流化床；双组份混合物；颗粒分离；分离判别系数；振动强度中图分类号：TQ051.8 文献标识码：A 文章编号：1009–606X(2001)04–0347–041 前言振动流化床具有分离效率高、系统简单、节省费用等优点，已被广泛地应用于选矿、选煤及固体废弃物处理等分离过程[1,2]. 就分离双组份体系而言，目前采用的床层形式基本为振动床，即无气源的振动流化床. 这种操作过程与有气源的振动流化床分离操作有着根本性的差别. 到目前为止，尚未见到有关振动流化床双组份颗粒分离的有关文献. 为此，本文选择不同的双组份体系，较详细地研究了振动条件、流化气速及操作参数对分离效率的影响，以寻找合适的操作参数，为振动流化床的操作与设计提供参考依据.2 实验2.1 实验设备本文的实验设备见文献[3].2.2 实验条件根据Zhang等[4]所提出的不等密度的分离判别系数(Rρd=ρj d jϕj/ρf d fϕf)，即Rρd>2为分离体系, Rρd<2为混合体系, 选用分离体系和混合体系进行振动流化床双组份的分离与混合实验. 实验过程采用砂子、玻璃珠、硅胶等物料，在两种床层高度、不同浓度条件下进行双组份颗粒的混合与分离实验. 具体条件见表1和2.表1 物性参数Table 1 Physical properties of materialsProperties ρs (kg/m3) d p (mm) u mf (m/s)ϕProperties ρs (kg/m3) d p (mm) u mf (m/s) ϕSand 1 (S1) 2 560 0.16 0.036 0.72 Sel gel 1 (SG1) 1 365 1.33 0.58 0.92 Sand 2 (S2) 2 560 0.30 0.12 0.75 Sel gel 2 (SG2) 1 375 3.24 0.76 0.94 Sand 3 (S3) 2 541 0.72 0.24 0.71 Sel gel 3 (SG3) 1 370 4.50 1.12 0.96 Iron powder 1 (IP1) 4 657 0.17 0.043 0.55 Millet (M) 1 330 1.64 0.52 0.90 Iron powder 2 (IP2) 4 657 0.32 0.12 0.45 Red bean (RB) 1 318 4.50 1.23 0.88 Glass beads 1 (GB1) 2 660 0.94 0.53 0.96 Green bead (GNB) 1 360 3.64 1.07 0.87 Glass beads 2 (GB2) 2 660 2.20 1.12 0.94 Resin (R) 1 474 0.72 0.24 0.93收稿日期：2001–01–09, 修回日期：2001–03–31作者简介：靳海波(1969– )，男，吉林安图县人，博士，副教授，化学工艺专业.表2 实验条件和结果Table 2 The experimental operating conditions and resultsNo.Binary system Bed height H 0 (mm)u /u mf Vibration amplitude a (mm) Vibration frequency f (Hz) Concentration of jetsam x 0 R ρdResults 1)S v,j 1 S1＋S3 100 1.1,2.1,3.1 0.75 0,10,15,20,25 0.26,0.50 3.66 0.52,0.60,0.45,0.18,0.43 2 S2＋S3 100 1.0,1.5,2.0 0.75 0,10,15,20,25 0.26 1.11 0.42,0.49,0.29,0.21,0.22 3 S1＋IP1 100 1.0,1.5,2.0 0.75 0,10,15,20,25 0.22,0.43 1.82 0.04,0.07,0.11,0.15,0.14 4 SG1＋GB2 100 1.2 0.75,1.55 0,10,15,20,25,30,350.25,0.50 2.59 1.0,1.0,1.0,0.98,1.0,1.0, 0.87 5 SG2＋GB2 100 1.1,1.2 0.75 0,10,15,20,25,30,350.20 1.11 0.25,0.47,0.33,0.40,0.32,0.29,0.186 GB1＋GNB 100, 200 1.0,1.4 0.75 0,10,15,20,25,30,350.29,0.50 1.88 0.16,0.29,0.12,0.14,0.05,0.11 7 SG1+SG2 100, 200 1.2 0.75 0,10,15,20,25,30 0.23,0.45 2.44 0.96,1.0,1.0,1.0,1.0,1.0 8 GB1+GB2 100, 150 1.0,1.1,1.2 0.75 0,10,15,20,25,30,350.25,0.50 1.92 0.74,0.52,0.65,0.72,0.44,0.38 9 M ＋GNB 100 1.1,1.2,1.3 0.75 0,10,15,20,25,30,350.25,0.50 2.74 0.98,0.84,0.98,0.78,0.82,0.70,0.6310 GB2＋GNB 100, 200 1.2 0.75 0,10,15,20,25,30,350.19,0.35 1.02 0.31,0.34,0.25,0.32,0.27,0.29,0.2211 R ＋GB2 100 1.1 0.75,1.55 0,10,15,20,25,30 0.19 5.41 0.47,1.0,0.92,0.92,0.88, 0.87 12 SG1＋RB 100 1.2 0.75,1.55 0,10,15,20,25,30 0.33 3.12 0.78,0.95,0.88,0.46,0.79,0.74 13 SG1＋GNB 100 1.0,1.3,1.6,1.90.75,1.55,2.00,2.500,10,15,20,25,30 0.16 2.65 0.80,0.95,0.98,0.78,0.82,0.70,0.63Note: 1) The exp. results of various vibration frequencies were obtained at a =0.74 mm, H 0=100 mm, and the min. values of u /u mf and x 0.2.3 分选系数的确定和数据处理为了能确切地表示出振动流化床中双组份混合物的分离/混合程度，将Williams 的分离系数[5]引入到振动流化床双组份颗粒体系：tj,b j,t j,b j,j v,x x x x S +−=(x 0≤50%) ，由上式可知，当S v,j ＝0时表示颗粒在床层中完全混合；当S v,j ＝1时表示颗粒在床层中完全分离；当S v,j <0时表示颗粒在床层中的分离出现逆转现象，即浮升组份作为沉积组份分离，或沉积组份作为浮升组份而富集于床层上部.在不同操作条件下，测量颗粒的轴向浓度分布，采用梯形面积积分方法计算出x j,b 和x j,t ，从而求得S v,j ，为了提高测量和计算的准确性，每一个条件下重复两次，最后取其平均值.3 结果与讨论3.1 轴向浓度分布振动流化床在振动条件下的轴向浓度分布如图1所示. 可以看出，振动的引入在小振动强度(K =a ω2/g )条件下利于颗粒的分离，随着振动强度的增大，分离的趋势越来越来不明显，更有利于颗粒的混合.3.2 影响因素在振动条件下诸多因素影响着颗粒的分离，由实验结果可以得出，振幅的增大有利于颗粒的混合，并且得出在小振幅a =0.75~2.00 mm 、振动强度K =0~2.0时分离效率达到最高；并且随着气速的增大，分离系数很快地降低，这是因为高气速加大了床层的扰动程度，利于颗粒的混合；同时随床高的增加颗粒体系分离效率略有增加，但床高的增加，意味着增加了颗粒的沉积与浮升的分离时间，且振动能量的传递也随着减弱，所以应选择适合的床高进行实验，本文根据实验条件与影响因素选择操作范围在H 0=100~200 mm 之间.0.00.20.40.60.81.00.20.40.60.81.0Hx j4期 靳海波等：振动流化床中双组份颗粒分离特性 3493.3 分离区域在双组份体系中，已有判据可用来区分分离体系或混合体系，但这些都是用于普通流化床的，而振动流化床尚未见到有关的文献报道. 根据大量的实验，选择R ρd =1.0~5.5, 等密度和非等密度, 气速u /u mf,m =1.0~1.2的操作范围. 以S v,j =0.5为分界线，当S v,j >0.5时为分离体系，当S v,j <0.5时为混合体系，如图2所示，在K <1时，体系的混合与分离基本类似于普通流化床，而在K ≥1时，R ρd 增大才有利于颗粒的分离，可以得出：K <1时，R ρd >2为分离体系；K ≥1时，R ρd K –0.5>2为分离体系.上述分离判据是在R ρd =1.0~5.5，K =0~5.0的操作条件下得出的.2468R ρdK0.00.20.40.60.8 1.002468R ρdK-1图2 分离的操作区域Fig.2 Operating region of separation in a vibrating fluidized bed4 结 论本文采用13种双组份颗粒体系，在振动流化床中较详细地研究了颗粒的分离特性，得出了一些有意义的结果：(1) 考察了颗粒的轴向浓度分布，得出振动参数、气速与床高均影响颗粒的分离. 研究表明，小振动强度利于颗粒的分离，而大振动强度强化颗粒的混合. 由实验得出在小振幅a =0.75~2.00 mm 、振动强度K =0~2.0时颗粒分离的趋势是最大的.(2) 根据大量的实验数据，在R ρd =1.0~5.5, K =0~5.0范围内，得出振动条件下双组份颗粒混合与分离的操作判据：K <1时，颗粒的分离体系与普通流化床的情况相同；K ≥1时，分离判别系数与振动强度应满足R ρd K –0.5>2，双组份颗粒才为分离体系. 本研究为振动流化床实验与设计提供了参考依据.符号表：a 振幅 (mm) K 振动强度 (a ω2/g , 无因次) 下标 C s 分离系数R ρd 分离判别系数 0 初始状态d p 颗粒粒径 (mm) S v,j 分离系数 b 床层下半部分 f 振动频率 (Hz) u 气速 (m/s) f 浮升组份 g 重力加速度 (m/s 2) x j 沉积组份的质量数 j 沉积组份H 无因次床高 (h /H 0) ϕ 形状系数 m 混合物H 0 静止床高 (mm)ρs 颗粒密度 (kg/m 3) mf 最小流化状态 h距分布板的高度 (mm)ω振动角频率(2πf ，Hz) t 床层上半部分350 过程工程学报1卷参考文献：[1] 陈清如, 王亭杰. 振动流化床分选细粒煤的理论研究 [J]. 煤炭学报, 1993, 18(6): 35–41.[2] ZHANG J Y, LIU Y Z, CHEN R Y, et al. Utilization and Separation of Waste Coke–Slag Mixtures [A]. Greenfield P F, et al.Proceeding of the Asia–Pacific Conferences Sustainable Energy and Environmental Technology [C]. Singapore: World Scientific Publishing Company, 1996. 501–509.[3] 靳海波, 张锴, 张济宇, 等. 振动重介质流化床细粒焦渣混合物的分选 [J]. 化工冶金, 1999, 20(2): 150–154.[4] ZHANG J Y, PENG H. Prediction of the Minimum Fluidization Velocity of Binary Particles Mixtures [A]. Fluidization VIII [C].France: Tours, 1995. 797–799.[5] Williams J C. The Segregation of Particular Material [J]. Powder Technology, 1976, 15: 245–251.Separation Characteristics of Binary Particulate Systems in a Vibrating Fluidized BedJIN Hai-bo1, ZHANG Ji-yu2, ZHANG Bi-jiang2(1. Department of Chemical Engineering, Institute of Petrochemical Technology, Beijing 102600, China;2. Institute of Coal Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Taiyuan, Shanxi 030001, China) Abstract: Separation characteristics of 13 kinds of binary mixtures were investigated in a vibrating fluidized bed. A separation index, which was given by Williams through comparing the jetsam concentration in the upper and lower layers, was suggested. According to the effects of vibrating parameters and operating conditions on the separation index, the optimum vibrating parameters were obtained. From experimental results, the criterion of demarcating mixing/separation regions, which was defined by Zhang et al, was modified.Key words: vibrating fluidized bed; binary system; particle separation; separation index; vibration intensity。
振动流化床的干燥原理及结构组成
一、振动流化床干燥原理振动流化床干燥机，简称振动流化床，是一种适用于颗料状、粉末状物料干燥的新型流态化高效干燥设备。
具有便于操作、节能、环保等优点。
振动流化床干燥原理：鼓风机把环境空气经初、中效空气过滤器过滤后经蒸汽换热器加热至设定温度，最后经管道进入流化床底部，作为物料流化及干燥热源。
湿物料自上床体进料口进入机内的床板（多孔板）上，在流化床两侧振动电机的激振力作用下，物料沿水平方面抛掷向前连续运动，热风向上穿过床板（多孔板）同湿物料接触，湿物料在热风中呈悬浮状态,产生物料颗粒与热风的混合床层，犹如液体沸腾一样，并进行物料与热风之间的热传递和水分传递，在引风机的作用下换热后的热风夹带着水蒸气与细小物料颗粒经旋风分离器和布袋除尘器除尘后由引风机出风口排出。
物料干燥后还继续继续向前运动，在流化床底部通用冷风，流化床的下床体内制作隔板，把冷风与热风区别开，物料与冷风接触后，进行冷热交换，物料温度从而降低，达到需要的效果，最后又出料口排出，并且与干燥段共用除尘器与引风机。
物料在床板上（多孔板）抛掷向前连续运动时，会有一小部分细小颗粒由孔板掉落到流化床内底板上，底板与床板（多孔板）平行，也在振动力作用下，物料沿水平方面抛掷向前连续运动，最后由流化床地板的清灰口自动排出。
振动流化床干燥机广泛适用于适用于化工、制药、食品、脱水蔬菜、粮食、矿产等行业的粉状、颗粒状物料的干燥。
二、振动流化床结构组成1、上床体-上床体将干燥区同大气分隔开防止粉尘外泄造成环境污染，其上半部尺寸大于下半部，因而其上部风速小于下部，有利于粒子沉降，降低粉尘的夹带量，减少除尘器收尘量，排放大气的粉尘更少，更加环保。
-上床体顶部尾弧形结构，这样制作刚度较好，内部易于打磨抛光处理，光洁度好，不粘附粉尘。
-上床体通常为薄壁结构，厚度一般在3mm左右，为防止侧壁产生较大的弹性振动，外部要段焊加强筋。
-上床体设置排风口，用于排风，兼顾上床体强度一般制作为圆型，根据流化床的大小出风口一般制作4-6个。
流化床干燥设备中颗粒结构的研究进展
流化床干燥设备中颗粒结构的研究进展流化床干燥设备是一种常用于进行固体颗粒物的干燥处理的技术装置，该设备在化工、制药、食品等行业中被广泛应用。
在流化床干燥设备中，颗粒结构的特征对干燥效果和设备性能具有重要影响。
本文将详细介绍流化床干燥设备中颗粒结构的研究进展。
首先，颗粒结构的研究对于流化床干燥设备的设计和优化具有重要意义。
颗粒结构的研究包括颗粒形状、粒径分布、颗粒间的空隙结构等方面。
研究表明，颗粒形状对干燥速度和干燥均匀性有重要影响。
例如，球形颗粒在流化床中更容易形成稳定的床层，从而提高干燥的效果。
而粒径分布的研究可以帮助确定最佳的颗粒大小范围，以提高干燥速度和均匀性。
此外，颗粒间的空隙结构对于气固两相流的传递和混合也具有重要影响。
其次，颗粒结构对于流化床干燥设备的操作参数的选择和优化也有一定影响。
操作参数包括气体速度、床层高度、颗粒填充密度等。
颗粒结构的研究可以帮助确定最佳的操作参数范围，以提高干燥效果和设备性能。
例如，研究发现，在一定范围内增加颗粒填充密度可以提高干燥速度和热传导效率。
而颗粒结构的改变也会影响床层的气体分布和颗粒的间隙分布，进而影响干燥速度和均匀性。
颗粒结构的改变还可能引起流化床干燥设备的运行特性的变化。
研究发现，颗粒结构和颗粒形状对干燥设备的气力特性、热力学特性和动力学特性等方面都具有一定影响。
例如，颗粒结构的改变可能会导致床层的流态变化，从而影响干燥设备的气固两相流传递和传热传质效果。
此外，颗粒结构对颗粒流体化和粘附现象的发生也有一定的影响。
随着科学技术的不断进步，对流化床干燥设备中颗粒结构的研究也在不断深入。
目前，一些先进的实验和数值模拟技术被广泛应用于颗粒结构的研究。
例如，通过三维成像技术和颗粒追踪技术可以实时观察和分析颗粒结构的变化。
同时，使用计算流体力学模拟来研究流化床中颗粒的运动行为和流态变化。
这些研究方法为深入理解和优化流化床干燥设备提供了有力的支持。
总结起来，流化床干燥设备中颗粒结构的研究对于优化设备性能和提高干燥效果具有重要意义。
振动流化床中纳米颗粒的流态化行为
ｖａｌｕｅｓ ｗｅｒｅ ｉｎ ａｇｒｅｅｍｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ
ＷＯＲＤＳ
ｎａｎｏ－ｐａｒｔｉｃｌｅｓ，
ｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎ，ｖｉｂｒｏ—ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ
ｂｅｄ，
ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅ，ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅ ｓｉｚｅ
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中南大学硕士学位论文
符号说明
符号说明
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振幅，ｒｎｌＴｌ
ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ（ｖｉｂｒａｔｉｏｎ
ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ａｍｐｌｉｔｕｄｅ，ｇａｓ
ｖｅｌｏｃｉｔｙ）．Ｔｈｅ
ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅｓ ｓｉｚｅｓ ｗｅｒｅ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｓｔａｂｌｅ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ ｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎ． Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｔｈｅ Ｅｒｇｕｎ ａｎｄ ｔｈｅ Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎ－Ｚａｋｉ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ，ｔｗｏ ｔｙｐｅｓ
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ｉｎ ｂｅｄ Ｗａｓ ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｄ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ，ａｎｄ ｔｈｅｒｅ ｅｘｉｓｔｅｄ
ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ｗｉｔｈ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅ ｓｉｚｅ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｌｏｏｓｅｒ
ａｍｐｌｉｔｕｄｅ（３ｍｍ）ｏｆ ｖｉｂｒａｔｉｏｎｓ ａｐｐｌｉｅｄ，ｔｈｅ ｍｉｎｉｍｕｍ
ｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｗｉｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ．Ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎ ｗｉｔｈｏｕｔ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｍｉｎｉｍｕｍ ｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｆ Ｓｉ０２ ｕｎｄｅｒ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｒｅｄｕｃｅｄ ｂｙ ５０％；ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｍｉｎｉｍｕｍ ｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ Ｗａｓ ｎｅａｒｌｙ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｏｆ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ａｔ ａｌｍｏｓｔ ４０Ｈｚ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈａｔ ｎａｎｏ．ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｗｉｔｈ ｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎ
不同粒径颗粒在流体中的分离行为研究
不同粒径颗粒在流体中的分离行为研究引言颗粒的分离行为在很多工业过程中具有重要的意义。
不同粒径颗粒在流体中的分离行为研究能够深入了解颗粒的运动特性、相互作用以及其对流体的影响。
本文通过实验和数值模拟相结合的方法，对不同粒径颗粒在流体中的分离行为进行了研究，并对其机理进行了分析。
实验方法首先，我们使用连续相反交替离心机进行实验。
实验使用的颗粒为不同粒径的玻璃微珠，流体为水。
通过调节离心机的转速和颗粒的浓度，控制颗粒与流体之间的相互作用力。
然后，我们观察颗粒在离心机中的运动状态，并记录相关数据。
实验设置如下： - 离心机转速：1000 rpm - 颗粒浓度：0.1 g/L - 实验时间：2小时实验结果实验结果显示，不同粒径颗粒在流体中的分离行为受到颗粒自身特性和流体性质的影响。
分离效果随着颗粒粒径的增大，分离效果逐渐增强。
较大粒径的颗粒在离心机中分离得更彻底，与流体之间的相互作用力较小，因此更容易被分离。
分离速度不同粒径颗粒的分离速度也呈现出明显差异。
较大粒径的颗粒分离速度较快，而较小粒径的颗粒分离速度较慢。
这是由于较大粒径的颗粒在离心力的作用下具有更大的惯性，容易受到离心力的驱动而分离。
分离机理通过观察实验结果，我们推测不同粒径颗粒的分离机理可能涉及以下过程：1.惯性分离：较大粒径的颗粒受到离心力的作用，具有较大的离心力矩，因此更容易受到离心力的驱动而分离。
2.阻力分离：颗粒与流体之间存在摩擦力和阻力，较小粒径的颗粒由于粒径小、表面积大，与流体之间的接触面积更大，因此受到的阻力较大，分离速度较慢。
3.互相作用力：不同粒径颗粒之间也存在相互作用力，可能导致颗粒之间的聚集或排斥，从而影响分离效果。
数值模拟为了进一步理解不同粒径颗粒在流体中的分离行为，我们进行了数值模拟。
首先，我们建立了颗粒与流体的耦合模型，考虑了颗粒与流体之间的相互作用力，并采用了离散元方法进行模拟。
然后，我们设置了不同粒径的颗粒，并模拟了它们在流体中的分离过程。
混合颗粒材料中对流对颗粒分离行为的作用机制研究
湖北第二师范学院学报Journal of Hubei University of Education2021年2月第38卷第2期Feb.2021Vol. 38 No. 2混合颗粒材料中对流对颗粒分离行为的作用机制研究李 睿5#-,何子涵5,沈一浩5,杨思能5（湖北第二师范学院5.物理与机电工程学院；b.湖北省环境净化材料工程技术研究中心，武汉430205）摘要：采用离散元方法模拟了竖直振动驱动下两组分混合颗粒系统的分离行为特性,讨论了颗粒分离程度对颗粒的质量比、弹性恢复系数比、系统颗粒数等参数的依赖关系，研究了系统 的对流行为对颗粒分离行为的作用规律,对容器侧壁耗散性的改变而引起的颗粒分离的“异常行为”给出了合理解释。
研究结果表明通过改变容器侧壁的耗散性可以调节颗粒混合、分离的程度，为工业过程中处理遇到的颗粒的混合、分离问题提供了一定的理论指导$关键词:混合颗粒系统;颗粒分离；对流;侧壁耗散性中图分类号：0552.3文献标识码:A颗粒物质是由大量宏观颗粒组成的体系，广泛存在于自然界和工业生产中,对颗粒物质运动规律的理解具有重要的科学意义和工业应用价值[1]$颗粒系统中的颗粒通过非弹性碰撞相互作用，会耗散能量，因此为了维持颗粒持续运动，必须给颗粒提供外来能量，比如振动颗粒。
当颗粒物质受到振动时会呈现出一些特性行为，有些行为可以在分子材料中观察到，比如对流行 为[2][3]，而有些特性行为在其它的材料中观察不到，其中与工业生产联系最为紧密的是颗粒分离 行为⑷-[7]o 大量的研究发现，只要两种颗粒存在粒径差异[8][9] %质量差异[10]、材质的耗散性差异"%1 #或者形状差异[12]，将它们混合就能观察到不相同的颗粒间自发的相互分离$且上述这些差异越大，颗粒分离的程度越强。
在竖直振动的系统中，通常是重的颗粒更多的集中在下部,而轻的 颗粒 要 在 ， 颗粒 离的 是文章编号：1674-344X （ 2021 ）2-0001-05浮力& Buoyancy ）的效应[13]:在稠密的介质中，轻 的物体比重的上升得更快。
流化床干燥设备中粒子溶解与结晶过程的模拟与优化
流化床干燥设备中粒子溶解与结晶过程的模拟与优化摘要：流化床干燥设备是一种常用的干燥技术，其具有高效、连续、自动化等优点。
在流化床干燥设备中，粒子的溶解与结晶过程对干燥效果具有重要影响。
本文通过模拟与优化的方法，探讨了流化床干燥设备中粒子溶解与结晶过程的相关问题，并对其进行了优化研究，为流化床干燥设备的设计和运行提供了理论依据。
1. 引言流化床干燥设备是一种广泛应用于工业干燥领域的设备，其通过将颗粒物料在气流中流化，实现干燥的目的。
在这一过程中，粒子的溶解与结晶过程对干燥效果有着重要的影响。
了解和掌握粒子溶解与结晶过程的规律，对于进一步提高流化床干燥设备的干燥效率和质量具有重要意义。
2. 粒子溶解与结晶过程的模拟方法粒子溶解与结晶过程是一种复杂的物理、化学过程，常采用数值模拟方法进行研究。
其中，流体力学模拟方法是一种常用的模拟方法。
该方法通过求解流体力学方程、质量守恒方程和物质传递方程，计算粒子溶解与结晶过程中的速度场、浓度场等物理量。
通过对模型参数进行调整和优化，可以模拟和预测流化床干燥设备中粒子的溶解和结晶行为。
3. 粒子溶解与结晶过程的优化研究为了优化流化床干燥设备中粒子溶解与结晶过程，需要从以下几个方面进行研究和优化：（1）物料性质的优化：不同物料的溶解和结晶性质有所不同，对于不同物料，需要对其性质进行分析和测试，并根据实际情况进行优化调整，以实现最佳干燥效果。
（2）流体力学参数的优化：流化床干燥设备中的气流速度、气固两相物料的接触方式等流体力学参数对粒子的溶解和结晶过程具有影响。
通过调整这些参数，可以改变粒子的溶解、结晶速度，提高干燥效果。
（3）换热参数的优化：换热是流化床干燥设备中的一个重要过程，可以通过改变换热参数，如传热系数、热量传递方式等，调整干燥过程中的温度场，影响粒子的溶解行为。
4. 粒子溶解与结晶过程的实验研究除了模拟研究外，实验研究也是研究粒子溶解与结晶过程的重要手段。
通过实验可以获得真实的溶解与结晶过程的数据，验证模拟结果的准确性，并对模型参数进行修正和优化。
流化床内生物质石英砂双组分混合流动混沌递归分析
振动流化床原理
振动流化床原理
振动流化床的原理基于振动和流化的结合，以实现物料的干燥、输送等功能。
其工作原理如下：
1. 振动原理：振动流化床由两台振动电机驱动，产生一固定频率的激振力。
这种激振力使物料沿水平网板跳跃、抛掷向前连续运动。
这种振动作用使得物料颗粒之间的空隙变大，增加了传热面积和传热效率，有助于提高干燥效率。
2. 流化原理：同时，热风由下部向上通过网板，穿过物料层。
热风与物料充分接触，实现传热和传质过程。
由于热风的作用，物料被流态化，即物料呈流态化状态，此时床层内部物料的流动性好，使物料更容易加热和干燥。
3. 干燥原理：在振动流化床中，物料在振动力的作用下不断跳跃和抛掷，与热风充分接触，从而实现传热和传质过程。
经过一段时间的干燥后，物料中的水分被蒸发掉，干燥后的物料由出料口排出。
通过以上原理，振动流化床能够有效地实现物料的干燥、输送等功能。
如需了解更多信息，建议查阅相关书籍或咨询机械工程专家。
大颗粒振动流化床颗粒临界流化速度研究
振动流化 床实验装 置 如图 １所示 。实 验 中振 动 流化床为有机玻璃制成 的、 横截面积 为２０ ｍｘ ０ ｍ ４ ｍ ｍ ８
李攀 峰 ，男 ，１８ 生 ，硕 士 研 究 生 。 兰州 市 ，７ ０７ 。 ９ ２年 ３０ ０
《 工装 备技 术》 ３ 化 第 １卷 第 ３期 ２ １ ０ ０年 电转 速表 测 出。振 动频率 和振 幅任 意可 调 。床 内水 平管 束 由 １ 根 ２ ｍ 的有 机 玻 璃 管 组 成 ，分 ３ １ ５ｍ
层按 正三 角形排 列 。空气 通过 罗茨 风机鼓 人 ，经孔 板流 量计计 量后 送入 振动 流化 床 。 １ １ 振动频 率对 临界 流化 速度 的影 响 ． 图 ２给出 了在振 幅 Ａ＝ ３ｍｍ操 作 条件 下 ，１８ ． ｍ ｍ粒 径颗 粒 的临界 流化 速度 随振 动频 率 变 化 的规
Ｇ ｐａａ ｄＭｕ ｍ ａ 提 出用最 小混 合速 度来 表征 振 ｕ ｔ ｎ ｊ ｄｒ ｕ
１ 一罗茨鼓风机
５ 调速电机 一 图 １ 实 验 流程
４
２ 流量调节阀 一
３ 一孔板流量计
４ 一振动平台
６ 垂 直 运 动 轴 承 ７ 气 体缓 冲室 一 一
８ 一金属弹簧 ９ 一流化床（ 内置水平 管） １—ｕ型压力计 带 Ｏ
界 流化速度 有 着明显 的降低作 用 ；同样床 层条件 下振 动频 率和振 幅越 大 ，床 层 临界 流化 速度
越低 ；振 动对 小粒 径颗粒 的影 响稍 强于大粒径 颗粒 ； 由实验 数据拟 合 出用于预 测该类 流化床 临界 流化速 度 的经验公 式 ，公 式与 实验数 据 吻合 良好 。 关键 词
动流化床 临界流 化时 的速度 ，并 在实验 的基础 上得 出 了计算 最 小 混合 速 度 Ｍ 的经 验 式 ；Ｍ ｗ ｔｉ ａａ ｒ ａ
振动条件下颗粒的分离现象_汤燕
1 振动分离现象
1.1 竖直振动下的分离
1.1.1 两种混合颗粒的分离
实验发现巴西坚果效应与反巴西坚果效应之间 的转化现象 , Ｈｏｎｇ[ 3] 提出凝聚作用和颗粒温度的概
念试图解释这种现象 .他认为 , 在外部振动下 , 所有
Ｓｃｈｎａｕｔ[ 6] 等人研究了水平振动下 , 颗粒的分离 现象 (图 6).他们用 9种不同直径和密度的颗粒放 入直径为 Ｄ =29ｃｍ的圆盘中 , 盘中填有直径 6ｍｍ、
图 6 水平振动下的分离现象
第 6期
汤 燕 , 等 :振 动条件下颗粒的分离现象
Ｔ[ 4] ｃ
,即
收稿日期 :2007-03-26;修回日期 :2007-10-26 基金项目 :国际合作资助项目 (2007-400112);贵州省省长基金资 助项目 (2006-15);贵州省委组织部 高层次人才特助 项目 (2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ06008);贵州 省研究生创新基金资助项目 (省研工 2006010);贵州省科技厅基金资助项目 (20072003) 作者简介 :汤燕 (1979— ), 女 , 贵州平坝县人 , 贵州大学理学院助教 , 贵州大学理论物理硕士研究生 , 研究方向为颗粒物质 .
χｃ -χ -2.3 ±0.9规律 (大球处于颗粒容器壁位置 ).
图 4 大球在颗粒床中上升和下降 时间随密度比的变化
同时他们还研究了颗粒之间间隙气体对大球向 下运动的影响 .在颗粒床中插入一根细玻璃管 , 连 接一盛水 Ｕ型玻璃管 , 如图 4所示 .这样可通过 Ｕ 型玻璃管两端水位差来表征颗粒床中气压与外界大 气压的差别 .颗粒床中气压随深度的变化情况如图 5所示 [ 5] , 图中给出了振动加速度分别为 3、4、5时 的气压变化情况 , 纵坐标 Δｐ为 Ｕ型玻璃管两端的 水位差 , 横坐标 ｈ为距颗粒床表面的距离 .实验表 明 :气压随深度增加而降低 ;当发生反巴西坚果效应 时 , 颗粒床内部存在一个负气压梯度 , 并且 随 Γ的 增加负气压增大 .改 变振动加 速度和颗 粒床尺寸 时 , 发现当颗粒床中颗粒较大 (大于 5 ｍｍ)时或者 颗粒床颗粒较重时不能发生反巴西坚果效应 .例如 用直径为 0.19 ｍｍ和 0.29 ｍｍ的钢球作为颗粒床 颗粒进行试验时没有发生反巴西坚果效应 .由此可 知 , 当颗粒床中颗粒尺寸较小或较轻时 , 振动使颗粒 流化 , 在颗粒床中形成气压梯度 , 该作用驱动大球向 下运动 , 产生 “反巴西坚果 ”效应 .大球在垂直振动
基于单颗粒示踪法内循环流化床颗粒混合的研究的开题报告
基于单颗粒示踪法内循环流化床颗粒混合的研究的开题报告一、研究背景内循环流化床是一种高效的化工设备，广泛应用于化工、制药、食品等领域。
在内循环流化床中，颗粒混合是影响其反应性能的关键因素之一，因此研究内循环流化床颗粒混合机理和影响因素对于优化内循环流化床反应器的性能具有重要意义。
二、研究目的和意义本研究旨在通过单颗粒示踪法探究内循环流化床颗粒混合过程，深入分析颗粒混合机理和影响因素，为优化内循环流化床的设计、操作和控制提供科学依据。
三、研究内容1、内循环流化床的基本原理和工作机理；2、内循环流化床颗粒混合的常用方法和现有研究；3、单颗粒示踪法的基本原理和实验方案；4、通过单颗粒示踪法研究内循环流化床颗粒混合过程及机理；5、探究影响内循环流化床颗粒混合的关键因素；6、分析内循环流化床反应器优化设计和操作控制的可能性。
四、研究方法本研究采用单颗粒示踪法，通过标记颗粒的表面或内部，追踪颗粒在内循环流化床中的运动轨迹，以获得颗粒混合的实验数据。
同时，结合计算机模拟，对颗粒混合机理和影响因素进行深入分析。
五、预期成果1、建立内循环流化床颗粒混合的单颗粒示踪方法；2、获得内循环流化床颗粒混合的实验数据；3、深入分析内循环流化床颗粒混合机理和影响因素；4、提出内循环流化床反应器优化设计和操作控制的新思路。
六、研究难点1、单颗粒示踪法的数据获取和处理难度大；2、内循环流化床的反应过程存在多种物理现象，导致颗粒运动轨迹复杂，难以精确分析；3、颗粒混合机理和影响因素的研究需要具备扎实的理论基础和实验技能。
七、研究工作计划1、熟悉内循环流化床颗粒混合的背景和研究现状，明确研究目的；2、学习单颗粒示踪法的基本原理和实验操作，建立实验方案；3、进行内循环流化床颗粒混合的实验，并对实验数据进行分析；4、探究内循环流化床颗粒混合机理和影响因素，为内循环流化床反应器的优化设计和操作控制提供科学依据；5、撰写开题报告、学位论文。
八、参考文献1. 韩玉坤，王黎明，张春华等. 内循环流化床颗粒混合模拟研究进展[J]. 化学工程与装备，2018，(4)：22-28.2. 张建国，贾蓓蓓，周建华. 单颗粒示踪技术在化学领域中的应用综述[J]. 化学工艺与装备，2020，(1)：1-9.3. 吴俊，张飞. 颗粒混合过程的单颗粒示踪：方法与应用[J]. 化学工程师，2021，(1)：86-90.4. G. Zhu，E. S. Rubin. Internal solids mixing in riser reactors –Part 1: EXperimental investigation using Gas-solid tracer techniques[J]. Chemical Engineering Science, 2006，61：1502-1511.。
流化床密相区颗粒混合特性多尺度分析
2.2 离散颗粒模型计算结果及分析 • 建立CFD-DEM数值模拟平台，对宽×高＝30cm×100cm的流化床，分别在流化风速(U)为 1.82m/s和3.0m/s的条件下进行模拟。模拟采用准三维模型，即床体深度为1倍颗粒粒径。颗粒 粒径为1.5mm，密度为2600kg/m3，颗粒个数为15000，初始状态由重力作用下颗粒自由堆积得 到。
D (m2/s) x
0.1
0.01
1E-3
1E-4
0
1
2
3
4
5
U - U (m/s) Present work, 0.2m mf Present work, 0.4m
Present work, 0.8m
Mostoufi et al. (2001)
Pallares and Johnsson (2006)
基金项目：国家科技支撑计划 (2006BAA03B02) 作者简介：刘道银(1982-)，男，博士研究生，主要从事流化床锅炉基础研究工 作， 通讯联系人：陈晓平，男，教授，
(a) t=8.00s (c) t=8.18s (e) t=8.42s (g) t=8.62s (i) t=9.82s (k) t=9.10s (n) t=9.30s 图6 U=1.82m/s时颗粒混合发展过程
•计算区域为二维流化床，入口采用均匀布风，出口为充分发展。 计算网格均为1cm×2cm，模拟时间为20秒，时间步长为10-4 秒，每隔10-2秒保存一次计算结果，其中后15秒的计算结果用 作分析。
•尝试采用理想示踪粒子技术，即一群质量为零的示踪粒子以零 滑移速度的方式跟随颗粒相运动，从而得到示踪粒子的轨迹，
2.3 颗粒横向扩散系数和气泡特性的关系
•定义气泡强度量 BfbubD bubD bed (3)
流化床干燥设备中颗粒流动性的研究进展
流化床干燥设备中颗粒流动性的研究进展流化床干燥设备是一种广泛应用于化工、制药、食品等行业的干燥设备，它具有干燥速度快、热效率高、易于控制等优点。
而颗粒流动性是流化床干燥设备中一个重要的参数，对干燥效果和设备运行稳定性有着重要影响。
在这篇文章中，我们将探讨流化床干燥设备中颗粒流动性的研究进展。
首先，我们需要了解什么是颗粒流动性。
颗粒流动性是指颗粒物料在流化床干燥设备中的流动特性，包括颗粒与气固两相的相互作用、颗粒之间的相互作用以及颗粒与床层之间的相互作用。
颗粒流动性的好坏直接影响颗粒的流动性能和干燥效果。
近年来，研究者们在颗粒流动性方面进行了大量的研究工作。
首先是对颗粒流动特性的实验测量和分析。
通过实验测量，可以获得颗粒在流化床干燥设备中的流动参数，如颗粒的平均速度、颗粒的流化度、颗粒的流化状态等。
同时，通过分析颗粒流动的力学特性，可以揭示颗粒流动性的内在规律。
其次，研究者们还利用模拟软件对颗粒流动性进行模拟和预测。
模拟软件可以模拟颗粒在流化床干燥设备中流动的过程，通过数值模拟，可以得到颗粒流动的速度分布、流化床底部径迹、颗粒与床层之间的相互作用等重要参数。
这些参数对于优化流化床干燥设备的结构和操作参数具有重要的指导意义。
此外，研究者们还进行了颗粒流动性的改进和优化。
在流化床干燥设备中，颗粒流动性的改进可以通过多种途径实现。
例如改变床层的结构，增加颗粒之间的接触面积，从而提高颗粒的流动性能；调整干燥介质的速度和温度，改变颗粒在流化床中的流动状态，提高颗粒的流化度；改变颗粒的形状和颗粒粒径分布，调整颗粒之间的相互作用，改善颗粒的流动性能等。
在实际应用中，研究者们还发现了一些问题和挑战。
例如，在实际干燥过程中，颗粒可能会发生堵塞和积聚的现象，降低了干燥效果；颗粒流动性的不稳定性会导致设备运行不稳定，增加了运行成本和维护难度。
因此，研究者们亟需解决这些问题，改善颗粒流动性，提高干燥效果和设备的稳定性。
综上所述，颗粒流动性在流化床干燥设备中具有重要的研究价值和应用前景。
ZLG振动流化床工艺原理
ZLG振动流化床工艺原理
ZLG振动流化床是一种流化床反应器，利用气体在床层中形成流化状态来完成物料的干燥、颗粒化、煅烧等工艺过程。
相比于传统的固定床反应器，ZLG振动流化床具有更高的传质和传热效率，更加均匀的温度分布和更好的反应控制能力。
ZLG振动流化床的工艺原理基于流化床的基本原理，即气体通过固体颗粒床层的上升速度超过颗粒的自由落体速度时，颗粒形成流化状态。
在流化床中，气体通过与床层颗粒的接触，实现了颗粒与气体之间的传质和传热。
而床层内的颗粒在气流的作用下呈现出类似流体的特性，具有较好的流动性和均匀性。
1.提高传质效率：流化床的振动会增强床层颗粒之间的运动，有效地提高了气体与颗粒之间的接触面积，进而提高了传质效率。
2.均匀温度分布：振动有助于颗粒在床层中的均匀分布和混合，从而减小了温度梯度，实现了更加均匀的温度分布。
这对于反应过程的控制和产品的质量稳定性至关重要。
3.提高反应速率：振动流化床的床层颗粒在气流的作用下不断碰撞和摩擦，增加了颗粒之间以及颗粒与气体之间的相互作用力，进而提高了反应速率。
4.减小颗粒的聚结和堆积：当固体颗粒在床层中出现聚结和堆积时，振动流化床能够通过调整振动参数，使颗粒重新分散和流动，防止颗粒严重聚结和堆积，从而避免反应器的堵塞和停工。
5.灵活的操作和控制：振动流化床可以通过调整振动频率和振幅来控制床层的运动状态和颗粒的沉降速度，从而对反应器的操作和控制提供了更大的灵活性。
总之，ZLG振动流化床利用振动的方式改进了流化床反应器的性能和操作灵活性，提高了传质效率和反应速率，实现了更好的床层颗粒分布均匀性和温度控制能力，广泛应用于干燥、颗粒化、煅烧等工艺过程中。
超细颗粒振动搅拌流态化供料方法的实验研究
１６冶‘金能源ＥＮＥＲＧＹＦＯＲＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹＶｏＬ２７Ｎｏ．２Ｍ跳２００８超细颗粒振动搅拌流态化供料方法的实验研究尹少武王立童莉葛孙淑凤刘传平（北京科技大学热能工程系）摘要在内径为４０ｍｍ的流化床中，以平均粒径为２．７１，ｚｍ的超细硅粉为物料，在引入振动力和搅拌力、流化粗颗粒的条件下，考察了对供料速度和硅粉浓度的影响因素。
实验表明，对于２．７岬的超细硅粉，当氮气流速为９．３ｃｍ／ｓ，搅拌转速为９０ｒ／ｒａｉｎ，振动频率为１３．９Ｈｚ，流化粗颗粒的粒径为３００ｔｉｍ以及添加比例为２０％时，流化床供料效果最佳。
此时，可以有效破碎聚团、消除节涌、抑制沟流、降低临界流化速度和夹带速度，显著改善超细颗粒的供料效果。
关键词流态化振动搅拌超细颗粒供料Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎｆｅｅｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｓｕｐｅｒｆｉｎｅｐａｒｔｉｃｌｅｓ．ｂｙｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄａｇｉｔａｔｉｏｎｆｏｒｃｅＹｉｎＳｈａｏｗｕＷａｎｇＬｉＴｏｎｇＬｉｇｅＳｕｎＳｈｕｆｅｎｇＬｉｕＣｈｕａｎｐｉｎｇ（ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅｂｒｅａｋｉｎｇａｎｄｔｈｅｆｅｅｄｉｎｇｏｆｓｕｐｅｒｆｉｎｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｎｔｈｅｆｌｕｉｄｉｚｅｄｂｅｄ试ｔｈ４０ｍｍＩ．Ｄ．ｈａｖｅｂｅｅｎｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ，ｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｓｕｐｅｎｑｎｅｓｉｌｉｃｏｎｐａｒｔｉｃｌｅｓｏｆ２．７ｔｔｍａ８ｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇｃｏａｒｓｅｐａｒｔｉｃｌｅｓ，ｖｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄａｇｉｔａｔｉｏｎｆｏｒｃｅ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｆａｃｔｏｒｓｏｎｔｈｅｆｅｅｄｉｎｇｖｅ・ｌｏｃｉｔｙａｎｄｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｓｉｌｉｃｏｎｐｏｗｄｅｒｓｈａｖｅｂｅｅｎａｎａｌｙｚｅｄ．Ｆｏｒｔｈｅｓｕｐｅｒｆｉｎｅｓｉｌｉｃｏｎｐａｒｔｉｃｌｅｓｏｆ２．７“ｍ，ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｂｅｓｔｏｐｅｒａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅｆｅｅｄｉｎｇｉｎｆｌｕｉｄ－ｉｚｅｄｂｅｄａｌｅａ８ｆｏｌｌｏｗｓ：ｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎｉｓ９．３ｃｍ／ｓ，ｔｈｅｍｔａｔｉｏｎａｌｓｐｅｅｄｏｆｓｔｉｒｒｅｒｉｓ９０ｒ／ｍｉｎ，ｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓ１３．９Ｈｚ，ｔｈｅｄｉａｍｅｔｅｒｏｆｃｏａｒｓｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｓ３００ｔｕｎ，ａｎｄｔｈｅｍａｓｓｐｅｒｃｅｎｔ－ａｇｅｉｓ２０％．Ｕｎｄｅｒａｂｏｖｅ・ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｉｔＣａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｂｒｅａｋｔｈｅａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅｓ，ｅｌｉｍｉｎａｔｅｓｌｕｇｇｉｎｇａｎｄｃｈａｎｎｅｌｉｎｇ，ｌｏｗｅｒｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄｅｎｔｒａｉｎｍｅｎｔｖｅｌｏｃｉｔｙ，ａｎｄｏｂｓｅｒｖａｂｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｆｅｅｄｉｎｇｅｆｆｅｃｔｏｆｓｕｐｅｒｆｉｎｅｐａｒｔｉｃｌｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｆｌｕｉｄｉｚａｆｉｏｎｖｉｂｒａｔｉｏｎａ百ｔａｔｉｏｎｓｕｐｅｒｆｉｎｅｐａｒｔｉｃｌｅｆｅｅｄｉｎｇ在基于流态化技术硅粉直接氮化制备氮化硅超细粉的工艺中，为了在合理的工艺时间内完成硅粉到氮化硅的转变，要求硅粉足够细，颗粒之间无团聚。
鼓泡流化床内颗粒分离行为模拟研究
鼓泡流化床内颗粒分离行为模拟研究
汪新智;王天宇;李春霆;彭稳根;刘文铁
【期刊名称】《节能技术》
【年(卷),期】2012(030)003
【摘要】颗粒-颗粒相间曳力是影响鼓泡流化床流体动力行为的重要因素之一.本文基于欧拉-欧拉双流体气固两相流模型,采用考虑了颗粒分离斜度系数的颗粒-颗粒相间曳力模型,对床内具有两种不同颗粒尺寸、底部均匀布风的鼓泡流化床进行了数值模拟研究,并将模拟结果与Owoyemi等的实验及数值模拟结果进行了比较.研究结果表明考虑颗粒分离斜度系数的颗粒-颗粒相间曳力模型合理地预测和分析了床内颗粒分离等特性.
【总页数】4页(P203-206)
【作者】汪新智;王天宇;李春霆;彭稳根;刘文铁
【作者单位】哈尔滨工业大学能源科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学能源科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150001;中国电力工程有限公司,北京100048;哈尔滨工业大学能源科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学能源科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150001
【正文语种】中文
【中图分类】TK229.6+6
【相关文献】
1.埋管流化床内不同粒径颗粒传热行为的欧拉-拉格朗日模拟研究 [J], 赵永志;江茂强;郑津洋
2.循环流化床生物质气化炉内计算流体动力学模拟--鼓泡流化床内改进的颗粒床模型 [J], 张锴;BRANDANI Stefano
3.细颗粒鼓泡流化床内气固流动特性数值模拟研究 [J], 宋杨凡; 卢啸风; 高建强
4.脉动流化床内颗粒分离行为的数值模拟 [J], 张晓光
5.气固流化床内鼓泡行为的离散颗粒数值模拟 [J], 吴春亮;詹杰民
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颗粒物质在振动环境中的分离现象及形成机理研究的开题报告
颗粒物质在振动环境中的分离现象及形成机理研究的开题报告一、选题背景及研究意义颗粒物质，如颗粒状污染物、生物大分子、液滴等，广泛存在于环境中，对人类和生态环境健康造成了诸多危害。
振动环境是很多工业生产、交通运输等领域常见的一种存在方式，因此颗粒物质在振动环境中的分离现象和形成机理成为了研究的重点。
对颗粒物质在振动环境中的分离现象和形成机理进行深入研究，有助于我们更好的理解颗粒物质在环境中的行为特性，促进环境保护工作的开展。
此外，对颗粒物质在振动环境中分离现象的研究，还可以为相关行业提供科学依据，优化工业生产工艺，提高生产效率。
因此，本文拟以颗粒物质在振动环境中的分离现象及形成机理为研究对象，以期为环境保护和相关行业的科学研究提供支持。
二、主要研究内容和研究方法（一）研究内容1.分析颗粒物质在振动环境中的分离现象，总结影响颗粒物质分离的因素，如振动频率、振动幅度、颗粒颗粒间距、颗粒跟底面的接触性质等。
2.探讨颗粒物质在振动环境中的形成机理，剖析振动环境对颗粒物质行为的影响原因，如振动环境下的剪切、振动环境下颗粒与底面接触及颗粒之间相互碰撞等。
3.运用计算机程序对颗粒物质在振动环境中的行为进行模拟和分析，验证研究结果的正确性和可行性。
（二）研究方法1.文献资料分析法：对颗粒物质分离现象和振动环境对颗粒物质行为的影响进行文献资料收集和分析。
2.数值模拟法：采用计算机程序对颗粒物质在振动环境下的行为进行模拟和分析。
3.实验测试法：通过制作实验设备对颗粒物质在振动环境下的行为进行实验测试，验证数值模拟的可信度。
三、预期研究成果本文将通过对颗粒物质在振动环境中的分离现象及形成机理的研究，得出以下预期成果：1.总结影响颗粒物质分离的因素，如振动频率、振动幅度、颗粒颗粒间距、颗粒跟底面的接触性质等。
2.揭示颗粒物质在振动环境中形成机理，如振动环境下的剪切、振动环境下颗粒与底面接触及颗粒之间相互碰撞等。
3.得出颗粒在振动环境下的运动轨迹及分离效应，为相关行业提供参考依据，优化工业生产工艺，提高生产效率。
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表1 经济技术指标对比指标强化沸腾干燥器 旋转闪蒸干燥机生产能力/t h-10.959 3.101动力消耗(预热蒸汽)/m3 t-110.668 9.898动力消耗(电)/kW h t-177.80572.185干燥强度/kg・m-3・h-17～90385～965热效率/%42.4～59.560～75平均检修周期/月 次-1 4.56 显而易见,旋转闪蒸干燥机有效地克服了强化沸腾干燥器等其他干燥设备烘干能力小、动力消耗大、干燥强度低、热效率相对较低、物料容易进入热风炉(预热空气强制加热装置)炉体塞炉而大大缩短正常检修周期等诸多缺点。
以我公司现4A沸石年产量为25万t计算,其经济价值意义可见一斑。
7 结论 旋转闪蒸干燥机在提高生产能力、节能省耗、降低产品生产成本、减小环境污染等各方面具有突出的优势,在实际生产中产生了良好的经济效益和规模经济效应,有力地提高了企业的竞争力。
因此,在物性类似于4A沸石的粉体工程烘干工艺中,旋转闪蒸干燥机有着很大的推广价值。
参 考 文 献 1 天津大学化工原理教研室.化工原理(上、下).天津:天津科学技术出版社,1999. 2 化工设备设计全书编辑委员会.干燥设备.北京:化学工业出版社,2002. 3 高慎琴主编.化工机器.北京:化学工业出版社,1992. 4 聂清德主编.化工设备设计.北京:化学工业出版社, 1991.(收稿日期:2005-08-08)振动流化床中颗粒的混合与分离研究董丽萍* 叶世超 吕 芹(四川大学化学工程学院) 摘 要 在矩形有机玻璃的振动流化床中,对小米和钛精矿双组分体系进行颗粒的混合与分离研究。
实验表明,在低气速、小振动频率的情况下,颗粒的分离效果好。
另外,在床中增设内构件也能促进颗粒混合物的分离。
关键词 振动流化床 颗粒 混合 分离0 引言 振动流化床作为一种改型流化床,在近30年里获得了突飞猛进的发展,因其具有增加气固接触、提高床层稳定性等诸多优点而被广泛应用于许多工业领域中。
研究颗粒的混合与分离对流化床操作具有重要的意义。
在设计流化床反应器时,常要求床层均匀混合,如FCC[1]等石油化工催化过程;但有时却要求将固体产物从混合物中分离开来,如灰熔聚煤气化[2]等物料加工过程。
前人对流化床中双组分混合物的流化特性作了很多的研究,Katz[3]最早观察到间歇流化床中固体物料在一定操作条件下会发生层状分离。
随后,Shanno n[4]在研究工作中发现影响颗*董丽萍,女,1982年9月生,硕士研究生。
成都市,610065。
粒混合物分离的主要因素是颗粒的最小流化速度和操作气速。
但是关于在振动条件下流化床中颗粒混合与分离特性的研究不多,本文拟选择小米和钛精矿作为实验物料,研究了具有内构件的振动流化床中颗粒的混合与分离,考察了振动参数、操作气速以及内构件结构的影响。
1 实验装置及方法1.1 实验装置 振动流化床实验装置如图1所示。
图1 振动流化床实验装置1—有机玻璃床体 2—水平管束 3—罗茨鼓风机4—放空阀 5—控制阀 6—孔板流量计7—金属螺旋弹簧 8—振动台 9—直线运动轴承10—偏心装置 11—调速电机 12—过滤布袋 实验用振动流化床为有机玻璃制成的横截面积为240×80mm 2二维床[5]。
流化床内构件为11根有机玻璃的水平管束,分三层按正三角形排列。
气体分布板的开孔率为3%,孔径为3mm ,上面铺有两层织布以利于气体分布均匀,同时也可以防止细小颗粒落入分布板的下方。
振动流化床床体通过四根金属螺旋弹簧支撑在金属固定支架上,床体通过一根导向连杆与一偏心机构相连接,借助偏心机构的作用,将电机的旋转运动转化成床体在竖直方向上的正弦振动。
导向连杆上装有直线运动轴承,保证连杆克服水平方向的摆动,仅沿竖直方向作往复运动。
振幅通过改变偏心距来调节,并通过千分表测量。
振动频率通过调节调速电机的转速进行控制,并通过数字式光电转速表测定。
操作气速通过孔板流量计测定。
1.2 实验方法 本实验采用小米和钛精矿作为实验物料,其物性参数见表1。
实验开始时,先按1∶3的配比(质量比)称取小米和钛精矿,稍作混合后装入流化床中,至静床高度为300mm 。
打开风机,通入空气使床层处于完全流化状态(U >U f ),保持此混合状态至少5min,以使得床层不同位置的物料均匀混合。
此时,调节振动频率和操作气速至预定值,观察到测量床层压降的U 型管中读数不再变化,继续流化10m in 。
在床高分别为50mm 、100m m 、150mm 、200mm 、250m m 和300m m 的地方取样分析,且保证各层取样量基本相同,以此分析小米沿床高的浓度分布。
然后改变操作参数,重复以上步骤。
将各种情况进行比较,进而得出沿床高小米浓度随各参数的变化规律。
表1 实验物料物性参数物料颗粒直径mm 真密度kg m -3堆密度k g m -3空隙率%小米 1.4213007580.416钛精矿0.045～0.2430022000.430 实验在下述操作范围内进行:静止高度H =300mm ;振幅A =2m m;气速u =0.25～0.38m /s;振动频率f =375～540r/m in 。
考虑到流化床中数据的重现性不是很好,在实验过程中,每种情况均重复了三次,以保证实验数据的可靠性。
2 实验结果及讨论2.1 操作气速对小米轴向浓度分布的影响 图2表示在振动频率f =375r /m in ,小米初始浓度w 0=0.25(质量分率),内部构件为直径d =10mm 的水平管时,操作气速对小米轴向浓度分布的影响。
从图2中可以看出,三条曲线有一个共同的特点,即从床底至床顶,小米浓度逐渐升高。
但不同的操作气速下,颗粒混合与分离的情况不同。
在高气速(u =0.38m /s )时,曲线走势比较平缓,流化床底部和顶部小米的浓度相差不图2 小米轴向浓度分布w0=0.25,f=375r/min内构件为直径d=10mm的水平管大,床层的混合特性较为明显。
减小操作气速至u=0.32m/s,此时,小米的质量分率从床底的14%上升到床顶的37%,提高了23个百分点,床层的分离特性较高气速(u=0.38m/s)明显。
当调节操作气速为u=0.25m/s时,曲线变陡了很多,沿床高方向小米浓度增加得非常明显,小米的绝大部分富集在床顶部,只有极少部分分散在床底,整个床层的分离特性明显。
对以上实验现象的解释为:高气速加大了床层的扰动程度,使得颗粒混合趋于均匀。
采用较低的操作气速有利于颗粒的分离。
此结论与前人的研究结果一致[6]。
2.2 振动频率对小米轴向浓度分布的影响 图3显示在小米初始浓度w0=0.25,操作气速u=0.25m/s,内部构件为直径d=10mm 的水平管时,不同振动频率下,小米的轴向浓度分布。
从图中可以看出,两条曲线均呈现上升趋势,即小米的浓度沿床高而增加。
这表明振动流化床可以实现混合物的分离。
在振动频率比较小(f=375r/min)时,曲线上升得很迅速,经取样分析,小米的质量分率由床底的8%上升到床顶部的50%,提高了40多个百分点,分离趋势明显。
增大振动频率至f=540r/m in,曲线的走势平缓了很多,小米的质量分率在床底为12%,在床顶部为40%,相对小振动频率的情况下降了10个百分点,但仍能观察到床顶部的小米浓度明显高于床底。
图3 小米轴向浓度分布w0=0.25,u=0.25m/s内构件为直径d=10mm的水平管 实验结果表明,在本文的实验条件下,较低的振动频率有利于颗粒混合物的分离,而较高的振动频率使得床层的混合程度提高。
2.3 内构件对颗粒轴向浓度分布的影响 图4显示了在小米初始浓度w0=0.25,操作气速u=0.25m/s,振动频率为f=375r/m in 条件下,内构件结构对小米轴向浓度分布的影响。
从图中可以看出,两条曲线均有上升的趋势,不同的在于上升的梯度。
当内部构件采用直径d=10mm的水平管时,曲线的斜率很大,小米的质量分率从床底的8%增加到床顶部的50%,提高40多个百分点,混合物分离的现象明显。
而当内部构件换为直径d=20m m的水平管时,小米的质量分率由18%增加到43%,提高25个百分点,相比之下,颗粒的混合趋势更为明显。
本实验体系属于聚式流态化,我们在床中引入内部构件,旨在破碎床内上涌的大气泡,使得体系更趋向散式流态化。
在实验过程中,混合之所以会出现,主要在于床内大量气泡的产 (下转第13页)大、太小都不合适,应该有个最佳取值范围。
同样,锥角 也影响分离效率。
锥角的影响可归纳为两个方面:一是对流型的影响,大锥角易产生回流,增大径向速度;二是对旋流器长度即停留时间的影响,锥角越小,在D u 一定时,L 越大,颗粒停留时间越长,从而分离效率越高。
3 水力旋流器今后的研究方向 由于水力旋流器内部的旋流场为复杂的三维、不对称、多相湍流流动,迄今为止对其研究还是零碎的、孤立的,从整体上看对旋流场的共性特征和分离机理还缺乏系统而透彻的研究。
理论研究落后于实际应用。
因此,今后在旋流器研究方面,应加强理论和实验研究的力度,建立起水力旋流器内旋流场分离性能的定量化数学模型,从而为提高水力旋流器的分离性能和开发新型水力旋流器提供理论依据。
参 考 文 献 1 方为茂,等.旋流分离设备新结构进展.化工装备技术,1998,19(4):47～52 2 蒋明虎,等.结构及操作参数对切向速度场的影响.石油机械,1999,27(2) 3 Fis her M J,Flack R D.Velocity dis tributions in ah ydrocyclone separator.Ex perim ent in fluid,2002,32(3):302～312 4 袁惠新,等.油污水去油用旋流器的研究.石油机械,2000(6):21～24 5 陈文梅,等.水力旋流器流场研究及其应用.粉体技术,1997(9) 6 张敏,等.旋流聚结的机理及应用.流体机械,2003(5) 7 蒋明虎.水力旋流器内流体流动模型建立.国外油田工程,1997(4)(收稿日期:2005-06-06) (上接第10页)生和运动加重了床层的扰动程度,使得物料颗粒在床内返混严重。
由实验得知,选择直径d =10m m 的水平管时,颗粒的分离趋势较明显,这表明小直径的水平管破碎气泡的效果比大直径的水平管好。
3 结论 通过对小米和钛精矿双组分体系流化特征的研究,得出如下结论:图4 小米轴向浓度分布w 0=0.25,u =0.25m /s ,f =375r /m in (1)低气速有利于颗粒的分离,气速的增大,加大了床层的扰动程度,有利于颗粒的混合。
(2)在引入振动的情况下,小振动频率有利于颗粒的分离,随着振动频率的提高,颗粒的混合趋势逐渐明显。