微重力下磁场流化床内颗粒流动特性研究
发布时间：2021-12-17 05:11
磁流化床因其振动小、噪声小、装卸方便、高传质、高传热速率等突出优点而得到国内外研究者的广泛关注。为了研究颗粒在磁流化床中的运动行为并促进实际生产,针对颗粒在流化床中的流动特性,国内外学者开展了大量的科研工作。但其在微重力领域仍有不小的局限性,而且,目前大多数的研究主要针对于单组份颗粒磁流化床,但实际不可避免会有多种组份颗粒共同出现。因此,本课题以磁性与非磁性两种颗粒为研究对象,应用数值模拟的方法对微重力条件下双组份颗粒在磁场流化床内的流动特性进行分析,获得颗粒系统中气固两相流体动力特性。本文以离散单元软球模型为基础,将磁场力模型嵌入颗粒的受力模型中,得到磁性颗粒离散单元软球模型,对气相的数值求解中选用Navier-Stokes偏微分方程组,气固相间曳力模型选取Gidaspow曳力模型,并进行数值模拟模型验证。应用建立的添加磁场力的离散颗粒软球模型,对常重力条件下双组份颗粒磁场流化床中颗粒流化行为进行数值模拟,分析磁感应强度、磁场梯度、表观气速对双组份颗粒系统颗粒分离特性的影响以及磁性颗粒受力情况。研究发现,在本文研究工况条件下,适合的磁感应强度、磁场梯度、表观气速对颗粒分离效果具有较好...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
磁辅助气化(MAG)工艺三步法[20]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文4图1-2基于磁流化床2,4,6-三氯酚脱氯反应装置（左）和微球颗粒结构示意图（右）[27]国内学者在该研究方向开展了相关研究。Chen等人[28]于2000年在研究Co-Ni双金属气凝胶催化剂还原CO2生产甲烷时，在流化床反应器上添加了磁辅助装置。结果表明，床内颗粒的流化质量得到了改善，团聚体的尺寸有所减小，相比于传统流化床，甲烷的产率提高了7%-12%。此外，在50个小时的反应中，催化剂的活性很稳定。王之肖等人[29]于2005年对磁流化床强化烟气脱硫的机理进行了研究，通过实验验证了其可以提高半干法脱硫效率，并分析了其中的作用机理，颗粒流化质量得到改善。姚桂焕等人[30]于2012年研究了磁场在铁基SCR脱硝过程中的影响，通过添加磁场，流化床中的气泡得到抑制，甚至消失，从而提高了气固接触效率。贺玉成等人[31]于2015年研究了羰基化合成碳酸二苯酯（Diphenylcarbonate，简称DPC）磁性催化剂制备及其在磁流化床中流动特性，DPC是合成工程塑料聚碳酸酯（PolyCarbonate，简称PC）的主要中间体，具有很高需求量。从目前的工业研究现状来看，磁场流化床主要应用在化学催化方面，且磁稳定流化床的应用频率较高，旨在创造散式流化状态，提高气固之间的传质能力。在某些以铁颗粒为催化剂的反应器中，磁场还可提高其催化能力。1.2.2磁场流化床在实验和数值模拟方面的研究现状工业生产要有扎实的理论基础作为支持，国内外学者通过实验和数值模拟对磁场流化床进行了较为系统全面的理论研究。Rosensweig[32]于1979年研究了散式流态化的磁稳定性，基于磁极化应力增强的运动方程，通过数学稳定性的分析预测散式流态化可以通过磁场作用实现。这是因为磁场作用可抵抗空隙扰动的增长，空隙率波动的传播和衰减与流化系
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文7生了变化，从而改变了气体的流动方式，从而影响传热系数；在磁控鼓泡床流域中，传热系数急剧增加，在气速足够大时趋于常数，而在混合物料磁流化床中传热系数的变化更加复杂。研究者们在重工业领域也开展了磁流化床相关研究，Mohanta等人[43]于2013年将磁流化床应用在洗煤领域，煤粉分离器原理图如图1-3所示。对于洗煤过程，流化床的稳定性是关键。其中，用于洗煤的气固流化床为鼓泡流化床，中等大小的固体颗粒上下流动，出现固体的反向混合现象，造成床层不稳定现象。研究发现，磁场作用的流化床能够让其更稳定，抵抗空隙中扰动的增长，从而防止气泡生长，并减少了固体颗粒的返混。磁场作用后，床层结构由非有序结构转变为有序结构，因此最大膨胀比比传统流化床增大的幅度更大。该特性有利于在较宽的选矿范围内实现较稳定的床层密度。图1-3煤粉分离器原理图[43]1.2.4磁场流化床在微重力或者变重力下的研究现状目前关于微重力或者变重力下的磁场流化床研究，据已有文献调研得知，其主要应用在MAG技术上，Jovanovic等人[20]于1999年首次对该技术进行了公开阐述，对目前其他废物处理技术和MAG技术做了对比分析，由前文论述可知，其他方法都不适合在微重力环境下运行；此外，该研究为之后的实验工作打下了理论基础，包括新型磁性颗粒的制作，梯度磁场产生装置和反应器系统的设计与制作（采用一系列线性的亥姆霍兹线圈产生恒定的轴向梯度磁场），并论证了MAG技术的可行性。Jovanovic等人[21]于2003年对MAG研究工作进行了进一步的汇报，制作了成形的磁反应器装置，并在一倍重力下进行了磁流化床的流化过滤实验，在微重力下进行了磁场流化实验。结果表明，在微重力环境下，未加磁场的流化床，在微重力?
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁-流场耦合气-固流化床气含率的模拟[J]. 杨慧,万东玉,曹长青. 石油化工. 2014(01)
[2]磁场强化流化床铁基SCR脱硝的物理与化学效应[J]. 姚桂焕,梁辉,归柯庭. 工程热物理学报. 2012(09)
[3]磁场流化床的研究与应用[J]. 曾平,周涛,陈冠群,葛志强. 化工进展. 2006(04)
[4]磁流化床强化烟气脱硫的机理研究[J]. 王之肖,张云峰,归柯庭. 中国电机工程学报. 2005(14)
[5]确定磁流化床磁稳操作区域的理论分析与实验研究[J]. 王迎慧,归柯庭,施明恒. 应用科学学报. 2005(01)
[6]磁场对流化床中气泡的湮灭作用[J]. 归柯庭,施明恒. 应用科学学报. 1999(03)
博士论文
[1]Geldart-B类颗粒磁场流化床流体力学行为研究[D]. 朱全红.中国科学院研究生院(过程工程研究所) 2016
[2]外场作用下流化床中气固两相流动数值模拟[D]. 李响.哈尔滨工业大学 2010
[3]磁流化床气固两相流动特性及其应用的研究[D]. 王迎慧.东南大学 2005
硕士论文
[1]氧化羰基化合成碳酸二苯酯磁性催化剂制备及其在磁流化床中流动特性研究[D]. 贺玉成.武汉工程大学 2015
[2]微小磁流化床内纳米颗粒流动特性的数值模拟研究[D]. 刘金平.青岛科技大学 2014
本文编号：3539462
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
磁辅助气化(MAG)工艺三步法[20]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文4图1-2基于磁流化床2,4,6-三氯酚脱氯反应装置（左）和微球颗粒结构示意图（右）[27]国内学者在该研究方向开展了相关研究。Chen等人[28]于2000年在研究Co-Ni双金属气凝胶催化剂还原CO2生产甲烷时，在流化床反应器上添加了磁辅助装置。结果表明，床内颗粒的流化质量得到了改善，团聚体的尺寸有所减小，相比于传统流化床，甲烷的产率提高了7%-12%。此外，在50个小时的反应中，催化剂的活性很稳定。王之肖等人[29]于2005年对磁流化床强化烟气脱硫的机理进行了研究，通过实验验证了其可以提高半干法脱硫效率，并分析了其中的作用机理，颗粒流化质量得到改善。姚桂焕等人[30]于2012年研究了磁场在铁基SCR脱硝过程中的影响，通过添加磁场，流化床中的气泡得到抑制，甚至消失，从而提高了气固接触效率。贺玉成等人[31]于2015年研究了羰基化合成碳酸二苯酯（Diphenylcarbonate，简称DPC）磁性催化剂制备及其在磁流化床中流动特性，DPC是合成工程塑料聚碳酸酯（PolyCarbonate，简称PC）的主要中间体，具有很高需求量。从目前的工业研究现状来看，磁场流化床主要应用在化学催化方面，且磁稳定流化床的应用频率较高，旨在创造散式流化状态，提高气固之间的传质能力。在某些以铁颗粒为催化剂的反应器中，磁场还可提高其催化能力。1.2.2磁场流化床在实验和数值模拟方面的研究现状工业生产要有扎实的理论基础作为支持，国内外学者通过实验和数值模拟对磁场流化床进行了较为系统全面的理论研究。Rosensweig[32]于1979年研究了散式流态化的磁稳定性，基于磁极化应力增强的运动方程，通过数学稳定性的分析预测散式流态化可以通过磁场作用实现。这是因为磁场作用可抵抗空隙扰动的增长，空隙率波动的传播和衰减与流化系
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文7生了变化，从而改变了气体的流动方式，从而影响传热系数；在磁控鼓泡床流域中，传热系数急剧增加，在气速足够大时趋于常数，而在混合物料磁流化床中传热系数的变化更加复杂。研究者们在重工业领域也开展了磁流化床相关研究，Mohanta等人[43]于2013年将磁流化床应用在洗煤领域，煤粉分离器原理图如图1-3所示。对于洗煤过程，流化床的稳定性是关键。其中，用于洗煤的气固流化床为鼓泡流化床，中等大小的固体颗粒上下流动，出现固体的反向混合现象，造成床层不稳定现象。研究发现，磁场作用的流化床能够让其更稳定，抵抗空隙中扰动的增长，从而防止气泡生长，并减少了固体颗粒的返混。磁场作用后，床层结构由非有序结构转变为有序结构，因此最大膨胀比比传统流化床增大的幅度更大。该特性有利于在较宽的选矿范围内实现较稳定的床层密度。图1-3煤粉分离器原理图[43]1.2.4磁场流化床在微重力或者变重力下的研究现状目前关于微重力或者变重力下的磁场流化床研究，据已有文献调研得知，其主要应用在MAG技术上，Jovanovic等人[20]于1999年首次对该技术进行了公开阐述，对目前其他废物处理技术和MAG技术做了对比分析，由前文论述可知，其他方法都不适合在微重力环境下运行；此外，该研究为之后的实验工作打下了理论基础，包括新型磁性颗粒的制作，梯度磁场产生装置和反应器系统的设计与制作（采用一系列线性的亥姆霍兹线圈产生恒定的轴向梯度磁场），并论证了MAG技术的可行性。Jovanovic等人[21]于2003年对MAG研究工作进行了进一步的汇报，制作了成形的磁反应器装置，并在一倍重力下进行了磁流化床的流化过滤实验，在微重力下进行了磁场流化实验。结果表明，在微重力环境下，未加磁场的流化床，在微重力?
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁-流场耦合气-固流化床气含率的模拟[J]. 杨慧,万东玉,曹长青. 石油化工. 2014(01)
[2]磁场强化流化床铁基SCR脱硝的物理与化学效应[J]. 姚桂焕,梁辉,归柯庭. 工程热物理学报. 2012(09)
[3]磁场流化床的研究与应用[J]. 曾平,周涛,陈冠群,葛志强. 化工进展. 2006(04)
[4]磁流化床强化烟气脱硫的机理研究[J]. 王之肖,张云峰,归柯庭. 中国电机工程学报. 2005(14)
[5]确定磁流化床磁稳操作区域的理论分析与实验研究[J]. 王迎慧,归柯庭,施明恒. 应用科学学报. 2005(01)
[6]磁场对流化床中气泡的湮灭作用[J]. 归柯庭,施明恒. 应用科学学报. 1999(03)
博士论文
[1]Geldart-B类颗粒磁场流化床流体力学行为研究[D]. 朱全红.中国科学院研究生院(过程工程研究所) 2016
[2]外场作用下流化床中气固两相流动数值模拟[D]. 李响.哈尔滨工业大学 2010
[3]磁流化床气固两相流动特性及其应用的研究[D]. 王迎慧.东南大学 2005
硕士论文
[1]氧化羰基化合成碳酸二苯酯磁性催化剂制备及其在磁流化床中流动特性研究[D]. 贺玉成.武汉工程大学 2015
[2]微小磁流化床内纳米颗粒流动特性的数值模拟研究[D]. 刘金平.青岛科技大学 2014
本文编号：3539462
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