汽—液—固流石墨管振动行为的建模及分析

发布时间：2018-03-09 03:08

本文选题：流化床　切入点：蒸发器　出处：《天津大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：汽—液—固三相流化床蒸发装置及技术因具有强化传热和防除垢效果而已经在卤水蒸发制盐、中药提取液浓缩和化工废水预处理等领域得到工业应用。但是,在将其推广应用于由脆性材质石墨管等组成的蒸发器及过程时,例如用于磷酸稀溶液的蒸发浓缩装置及过程时,必须研究汽—液—固三相沸腾流对石墨加热管振动行为的影响,以便为装置的优化设计和安全操作等提供基础指导。通过本文研究,取得了如下创新性研究结果。基于Hamilton原理和流体力学理论等,建立了描述管内伴有汽—液—固三相沸腾流动的两端固支单根石墨加热管蒸发器的振动控制方程。在建立的数学模型中,应用混和相流动模型处理多相流参数;应用Galerkin(伽辽金)数值分析方法将振动方程进行离散化和线性化;利用Modality(模态)法求解管子固有频率,由MATLAB软件计算;利用牛顿插值法,进行参数敏感性分析;利用Wolfram Mathematical软件对模型推导过程进行验证;考察了流动参数对管子振动行为的影响。数值计算的主要结果为:在固含率为1.0%,玻璃珠直径为2.4 mm,管内的临界流速为0.81 m/s,当流速在0.81—1.15 m/s之间时,管子处于分叉振动;当流速超过1.15 m/s,管子发生颤振;管长对管子的振动行为影响最大;管子的固有频率随着气含率的增加而增加,随固含率的增加而减小。在理论建模的基础上,开展了汽—液—固三相沸腾流条件下单根石墨加热管的振动特性的实验研究。测得了管内伴有三相沸腾流的石墨加热管中间位置处的振动加速度时间序列,进行了时域和频域分析,结合压降实验数据,分析了管子的固有频率以及流体激振状况。实验得到的主要研究结果有:在汽—液两相流中加入固体颗粒,管子的振动加速度振幅显著增加,管子的固有频率略有降低;压降数据分析得到了流体的激振频率,模型计算表明,在该流体激振频率下,如果管子受流体振动产生共振,流体的速率是0.80 m/s,低于临界流速,但很接近临界流速。汽—液以及汽—液—固沸腾循环体系具有混沌性,本文分析了固含率和加热蒸汽压力对多相流系统重构的振动信号的非线性行为的影响。(1)重构后的振动加速度和压降信号的自相关系数图中的极小值点对应的时间延迟比较相近,也不随着固含率以及加热蒸汽压力的变化而变化。(2)随着固含率和加热蒸汽压力的增大,振动加速度信号和压降信号的吸引子尺寸逐渐增大;固体颗粒对吸引子大小的影响比加热蒸汽压力的影响大。(3)随着固含率的增加,系统复杂程度增加,相关联程度减小,导致关联积分曲线向着超球半径r增加的方向偏移,固体颗粒对系统运动的关联程度以及规律性影响更明显。(4)汽—液—固三相循环流动沸腾混沌系统具有关联维多值现象。一是由整个管子振动或者循环流体产生的低频宏观尺度(macro—scale)运动;二是由大气泡引起的中频介尺度(meso—scale)运动;三是由固体颗粒以及小气泡的高频微尺度(micro—scale)运动。本文研究可为汽—液—固三相流化床蒸发装置的设计、操作和控制等提供基础理论指导。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ051.62

【相似文献】