振动辅助纳米颗粒聚团流化实验研究
发布时间：2022-02-05 06:30
在内径40mm的流化床实验台上,研究SiO2、Al2O3和TiO23种纳米颗粒在振动辅助流化时不同振幅、频率下的流化特性,比较振动对不同黏性纳米颗粒流化的改善程度及原因。结果表明,在无振动条件下,SiO2纳米颗粒达到稳定状态时表现为散式流态化;Al2O3和TiO2纳米颗粒在流化床底部形成较大的聚团,导致明显的流化分层现象。在振动条件下,SiO2纳米颗粒的临界流化速度降低,床层膨胀高度随着振幅和频率的增加而降低;而对于Al2O3和TiO2颗粒,随着振幅和频率的增加,临界流化速度降低,床层膨胀高度增加,流化床底部的聚团尺寸减小,但当频率和振幅较低时,振动对其流化行为无明显改善。振动强化了纳米颗粒聚团的碰撞,具有促进聚团破碎和密实化的双重作用。针对不同黏性的纳米颗粒,若要达到最优的流化质量,需要探索不同的振动参数。
【文章来源】：中国科学院大学学报. 2020,37(02)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
实验装置图
如图2(b)和2(c)所示，Al2O3和Ti O2两种纳米颗粒的流化过程与Si O2存在一定差异。表观气速较低时，首先出现部分物料悬空，随着气速增加，床内出现裂纹甚至贯通的凹坑，床层压降减小，而此时流化床底部有大量毫米级的聚团且部分床料处于固定状态，仅床层上部的物料被流化。继续增加风速，床内出现气泡，床层上界面模糊，起伏剧烈，表现为鼓泡流化，扬析现象严重，并且在流化床的底部仍然观察到大量约1～2 mm的聚团。因此，Al2O3和Ti O2两种纳米颗粒比SiO2纳米颗粒难流化。这是由于纳米颗粒之间的黏性力较大，其在流化床中以单级或多级聚团(一次聚团)[22]形式存在，聚团之间由于黏性力而形成的紧密网状结构(二次聚团)[22]需要一定的力才能被破坏[23]。表观气速较低时，流化风引入的能量对聚团结构的破坏能力有限，气体无法穿过较密实的聚团，从而引起床料悬空现象和较大的床层压降。随着气速增加，气体对聚团破碎的作用增强。Al2O3和Ti O2纳米颗粒间的黏性力相对Si O2纳米颗粒较大，从而导致Al2O3和Ti O2两种纳米颗粒具有较高的临界流化速度和较大的流化聚团。需要注意的是，即使相同种类和原生粒径的颗粒，由于生产厂家、储存等不同因素也会影响聚团初始结构，对流化行为也有一定的影响。2.2 振动流化床中纳米颗粒的流化
当表观气速较低时，3种纳米颗粒的床层膨胀比均比无振动时有所增加，且随振幅的增加而增加，因此振动能一定程度地破坏纳米颗粒聚团，有利于提高流化质量。当表观气速较高时，Al2O3和Ti O2纳米颗粒的床层膨胀高度随着振幅的增加而增加，且聚团尺寸随之减小，而SiO2纳米颗粒的床层膨胀高度却随着振幅的增加而有所减小。这是由于在无振动条件下Si O2纳米颗粒的床层膨胀比已较大，而振动强化了聚团之间的碰撞，促进了聚团的密实化。而对于另外两种颗粒，碰撞主要起到破坏聚团结构的作用。此外，当振幅较低(0.5 mm)时，虽然Al2O3和Ti O2颗粒的床层膨胀有一定增加，但是床层底部仍然存在肉眼可见的较大尺寸的聚团。图4 Si O2、Al2O3和Ti O2纳米颗粒的床层膨胀比(f=20 Hz)
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米颗粒的流化特征及滞后现象研究[J]. 王远保,刘道银,王铮,陈晓平. 动力工程学报. 2018(02)
[2]超细颗粒聚团流化的临界流化速度[J]. 刘道银,王远保,王铮,陈晓平. 化工学报. 2017(11)
[3]原生纳米级颗粒的聚团散式流态化[J]. 王垚,金涌,魏飞,吴珺. 化工学报. 2002(04)
[4]纳米级SiO2颗粒流化床的塌落行为[J]. 王垚,金涌,魏飞,骆添. 化工学报. 2001(11)
[5]纳米级SiO2聚团散式流化中聚团参数及曳力系数[J]. 王垚,金涌,魏飞,骆添. 清华大学学报(自然科学版). 2001(Z1)
本文编号：3614741
【文章来源】：中国科学院大学学报. 2020,37(02)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
实验装置图
如图2(b)和2(c)所示，Al2O3和Ti O2两种纳米颗粒的流化过程与Si O2存在一定差异。表观气速较低时，首先出现部分物料悬空，随着气速增加，床内出现裂纹甚至贯通的凹坑，床层压降减小，而此时流化床底部有大量毫米级的聚团且部分床料处于固定状态，仅床层上部的物料被流化。继续增加风速，床内出现气泡，床层上界面模糊，起伏剧烈，表现为鼓泡流化，扬析现象严重，并且在流化床的底部仍然观察到大量约1～2 mm的聚团。因此，Al2O3和Ti O2两种纳米颗粒比SiO2纳米颗粒难流化。这是由于纳米颗粒之间的黏性力较大，其在流化床中以单级或多级聚团(一次聚团)[22]形式存在，聚团之间由于黏性力而形成的紧密网状结构(二次聚团)[22]需要一定的力才能被破坏[23]。表观气速较低时，流化风引入的能量对聚团结构的破坏能力有限，气体无法穿过较密实的聚团，从而引起床料悬空现象和较大的床层压降。随着气速增加，气体对聚团破碎的作用增强。Al2O3和Ti O2纳米颗粒间的黏性力相对Si O2纳米颗粒较大，从而导致Al2O3和Ti O2两种纳米颗粒具有较高的临界流化速度和较大的流化聚团。需要注意的是，即使相同种类和原生粒径的颗粒，由于生产厂家、储存等不同因素也会影响聚团初始结构，对流化行为也有一定的影响。2.2 振动流化床中纳米颗粒的流化
当表观气速较低时，3种纳米颗粒的床层膨胀比均比无振动时有所增加，且随振幅的增加而增加，因此振动能一定程度地破坏纳米颗粒聚团，有利于提高流化质量。当表观气速较高时，Al2O3和Ti O2纳米颗粒的床层膨胀高度随着振幅的增加而增加，且聚团尺寸随之减小，而SiO2纳米颗粒的床层膨胀高度却随着振幅的增加而有所减小。这是由于在无振动条件下Si O2纳米颗粒的床层膨胀比已较大，而振动强化了聚团之间的碰撞，促进了聚团的密实化。而对于另外两种颗粒，碰撞主要起到破坏聚团结构的作用。此外，当振幅较低(0.5 mm)时，虽然Al2O3和Ti O2颗粒的床层膨胀有一定增加，但是床层底部仍然存在肉眼可见的较大尺寸的聚团。图4 Si O2、Al2O3和Ti O2纳米颗粒的床层膨胀比(f=20 Hz)
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米颗粒的流化特征及滞后现象研究[J]. 王远保,刘道银,王铮,陈晓平. 动力工程学报. 2018(02)
[2]超细颗粒聚团流化的临界流化速度[J]. 刘道银,王远保,王铮,陈晓平. 化工学报. 2017(11)
[3]原生纳米级颗粒的聚团散式流态化[J]. 王垚,金涌,魏飞,吴珺. 化工学报. 2002(04)
[4]纳米级SiO2颗粒流化床的塌落行为[J]. 王垚,金涌,魏飞,骆添. 化工学报. 2001(11)
[5]纳米级SiO2聚团散式流化中聚团参数及曳力系数[J]. 王垚,金涌,魏飞,骆添. 清华大学学报(自然科学版). 2001(Z1)
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