纳米颗粒流化床底层聚团沉降行为研究

发布时间：2017-10-04 03:00

  本文关键词：纳米颗粒流化床底层聚团沉降行为研究

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【摘要】：流态化技术有许多优势,它的应用可谓是由来已久并且相当广泛。纳米颗粒由于其自身的特殊性质,从被发现以来,就一直是研究和应用的热点。一些纳米颗粒在一定条件下可以以纳米颗粒聚团的形式形成聚团散式流态化,聚团散式流态化的形成与纳米颗粒聚团性质及聚团群动力学行为密切相关,而充分认识单个聚团的动力学特性是研究聚团群动力学行为的基础,本文以此为目的,通过对纳米颗粒流化床底层的毫米级聚团进行自由沉降实验,研究了毫米级流化聚团的沉降行为及沉降过程中两相的相互作用。在纳米颗粒流化实验台上对原始颗粒粒径为25nm的不亲水纳米Si O2进行了流化,将流化床底层的毫米级流化聚团作为研究对象,对其物性参数进行测量,并分析了不同流化风速、流化时间对这些参数的影响规律。另外通过PIV,在沉降管内,结合图像处理软件IPP6.0对毫米级流化聚团的沉降行为进行了研究,分析了毫米级流化聚团物性参数及流动状态对其沉降速度和曳力系数的影响关系,通过理论研究结合实验数据阐明了实心球和聚团在沉降过程中气固作用机理的差异并分析原因。实验研究发现,在本文实验条件下,流化床底层毫米级聚团粒径呈现高斯分布,窄筛分,聚团密度保持在60-130kg/m~3范围内,平均密度为96.55kg/m~3,聚团的空隙率很高,在93%以上,平均空隙率为96.5%,这说明聚团是一种典型的孔隙结构发达的物质。假设基本单元粒径不变,采用Dilute limit模型和Brinkman方程的计算的渗透率值最小,且二者的计算值最为接近。采用Kozeny-Carman方程计算得到的渗透率值最大,采用Davies方程时,渗透率介于前三者之间。尽管有差异,不同模型计算出的结果仍保持在一个数量级上。渗透率随空隙率和基本单元粒径的增大而变大,采用不同的基本单元粒径,渗透率数值会相差几个数量级。这也说明基本单元粒径的重要性,也为深入认识聚团内部结构带来迫切要求。从物性参数上讲,聚团与实心球有很大差别。毫米级聚团达到沉降速度时,Re不在层流范围内,聚团和对应等密度等粒径实心球终端速度大小关系及曳力系数比并没有受粒径变化直接影响,这跟粒径范围太窄可能有一定关系。曳力系数比Ω1应该跟流体从聚团内部空隙穿过有关,本文结合4个大家较认可的渗透率模型对此进行了验证,并且发现基本单元粒径的取值对曳力系数比影响很大,只有进一步确认本实验聚团的基本单元粒径,才能准确认定模型的合理性。曳力系数比Ω1主要是由于聚团的不规则形状引起,但是此时空隙结构对两相相互作用依然有影响。从动力学的角度表面,在沉降时聚团跟实心球是有区别的,这种区别可能跟聚团的空隙结构及不规则形状有关。
【关键词】：纳米颗粒 流化聚团 渗透率 沉降速度 曳力系数比
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-25
• 1.1 引言10-11
• 1.2 流态化技术介绍11-12
• 1.2.1 流态化技术11-12
• 1.2.2 流态化技术应用12
• 1.3 纳米颗粒介绍12-13
• 1.4 纳米颗粒的流态化13-15
• 1.5 单颗粒沉降行为研究综述15-24
• 1.5.1 沉降行为理论基础15-19
• 1.5.2 单个实心颗粒的沉降行为理论研究19-21
• 1.5.3 单个聚团的沉降行为实验研究21-23
• 1.5.4 单个聚团的沉降行为数值模拟研究23-24
• 1.6 本课题主要研究内容24-25
• 第2章 实验台及实验仪器介绍25-34
• 2.1 纳米颗粒样品介绍25-26
• 2.1.1 纳米颗粒样品的选取25
• 2.1.2 纳米颗粒样品的粒度分析25-26
• 2.2 纳米颗粒流化实验台26-28
• 2.3 聚团取出测量28-29
• 2.4 沉降管29-30
• 2.5 PIV测量系统30-31
• 2.6 图像处理31-32
• 2.7 聚团物性参数测量方法32-33
• 2.8 本章小结33-34
• 第3章 流化床底层毫米级聚团特性研究34-44
• 3.1 引言34
• 3.2 结果与讨论34-43
• 3.2.1 聚团粒径34-36
• 3.2.2 聚团密度36-37
• 3.2.3 聚团空隙率37-38
• 3.2.4 聚团渗透率38-41
• 3.2.5 聚团形状系数41-43
• 3.3 本章结论43-44
• 第4章 流化聚团沉降行为研究44-54
• 4.1 引言44
• 4.2 沉降速度研究44-47
• 4.2.1 粒径对沉降速度大小关系的影响45-46
• 4.2.2 空隙率对沉降速度大小关系的影响46-47
• 4.3 曳力系数47-52
• 4.3.1 聚团曳力系数47-49
• 4.3.2 曳力系数比随粒径变化关系49-50
• 4.3.3 渗透率对曳力系数比的影响50-51
• 4.3.4 形状系数对曳力系数比的影响51-52
• 4.4 本章结论52-54
• 结论54-56
• 参考文献56-62
• 致谢62

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本文编号：968207