炭黑在密相气力输送系统中的流动机理及数值模拟分析

发布时间：2017-05-03 09:10

  本文关键词：炭黑在密相气力输送系统中的流动机理及数值模拟分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：气力输送是以压缩气体作为动力源,在密闭管道中依靠空气或者其他惰性气体,把散状粒料或粉料沿着管道输送到目的地的一种方法。由于气力输送过程是在密闭管道中进行的,具有无污染、低能耗,输送稳定安全等优点。因此,气力输送广泛地应用在各行业的散料输送过程当中。 本文综述了气力输送的国内外的发展情况,并对比总结了目前常用的气力输送技术及发展趋势。针对橡胶工业常用炭黑的特殊输送要求,以炭黑在密相输送中的流动机理为研究方向进行深入探讨。本文提出了研究密相气力输送机理的数学模型和物理模型,结合固相颗粒在管道中的受力情况以及气固两相的相互作用,通过实验和模拟对炭黑密相气力输送的流动机理进行分析和验证。 设计了一套炭黑密相气力输送系统并进行了输送实验,对不同气力输送的输送工艺参数得到的实验结果进行整理分析,得出在不同输送条件下,气力输送的输送特性关系图,发现了发送罐憋压压力、管道压力等参数对输送的影响规律,找出了满足输送量情况下的最佳输送工艺参数,实现了提高输送效率的同时,降低了压缩空气的消耗量以及炭黑的破碎率。通过输送机理的研究,找出了影响稳定、高效、环保、节能、安全的气力输送的因素。利用压缩空气节能技术对炭黑的气力输送整个系统进行节能优化,使气力输送系统在较低的能耗下稳定运行。 结合炭黑的密相气力输送机理,建立起输送数学和物理模型,利用Fluent软件对其进行模拟分析。首先对管道的几何参数进行了模拟分析,得到了不同管道内径、不同弯径比、不同弯管布置情况下对压降以及管道流动状态的影响,提出了最优的管道布置方案；其次,对输送的工艺参数进行了模拟分析,得到了在不同输送风速和输送量得情况下,炭黑颗粒在管道的流动特性,同时,得出了在输送量不变的情况下的最佳气体速度；最后,结合最佳的管道几何参数和最优的输送工艺参数,对炭黑密相气力输送进行模拟,结合炭黑在管道中的受力情况对炭黑的流动状态进行了研究,分析了不同布置弯管形式对整个输送过程的影响。 本文采用理论研究、实验分析与数值模拟对炭黑在密相气力输送系统的流动机理进行了全面的研究,其研究成果,对炭黑气力输送系统的设计及应用都具有较高的推广应用价值。
【关键词】：密相 气力输送 流动机理 数值模拟 参数
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ330.4;TH232
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-7
• 目录7-13
• 符号说明13-15
• 1 绪论15-20
• 1.1 课题的研究背景及研究意义15-16
• 1.2 气力输送的发展16-18
• 1.2.1 国外的发展16-17
• 1.2.2 国内的发展17-18
• 1.3 存在的不足及待研究的问题18-19
• 1.4 课题研究的目的、研究内容19-20
• 2 气力输送概述20-29
• 2.1 气力输送系统简介20
• 2.2 气力输送的特点20-23
• 2.2.1 气力输送与其它输送方式的比较20-22
• 2.2.2 气力输送的优点22
• 2.2.3 气力输送的缺点22-23
• 2.3 气力输送分类23-25
• 2.3.1 按输送装置分类23-25
• 2.3.1.1 吸送式气力输送23
• 2.3.1.2 压送式气力输送23-24
• 2.3.1.3 混合式气力输送24-25
• 2.3.2 按输送流态分类25
• 2.4 密相气力输送25-28
• 2.4.1 脉冲气刀式栓流输送26
• 2.4.2 单辅管密相气力输送26-27
• 2.4.3 双辅管密相气力输送27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 3 气固两相流的流动机理分析29-54
• 3.1 气力输送的基本流型29-30
• 3.1.1 垂直管道的流型29
• 3.1.2 水平管道的流型29-30
• 3.1.3 弯管的流型30
• 3.2 流体中颗粒的受力分析30-34
• 3.2.1 阻力31-32
• 3.2.2 加速度力32-33
• 3.2.2.1 视质量力32
• 3.2.2.2 BASSET力32-33
• 3.2.3 不均匀力33-34
• 3.2.3.1 压强梯度力(浮力)33
• 3.2.3.2 横向力(速度梯度力)33-34
• 3.3 颗粒在管道中的运动方程34-37
• 3.3.1 单颗粒的悬浮34-35
• 3.3.1.1 水平管道中颗粒的悬浮34-35
• 3.3.1.2 垂直管道中颗粒的悬浮35
• 3.3.2 颗粒群的运动方程35-37
• 3.3.2.1 水平管内颗粒群的运动方程35-36
• 3.3.2.2 垂直管内颗粒群的运动方程36-37
• 3.4 管道的磨损机理37-44
• 3.4.1 磨损形成机理37
• 3.4.2 磨损理论37-39
• 3.4.2.1 微切削理论38
• 3.4.2.2 变形磨损理论38-39
• 3.4.2.3 TABAKOFF冲蚀磨损半经验模型39
• 3.4.3 磨损的因素39-42
• 3.4.3.1 物料的特性39-40
• 3.4.3.2 输送管道的状况40-41
• 3.4.3.3 输送参数41-42
• 3.4.4 防止管道磨损的措施42-44
• 3.4.4.1 弯管的结构42-43
• 3.4.4.2 管道的材料43-44
• 3.5 堵塞成因分析44-49
• 3.5.1 堵塞形成机理44-45
• 3.5.2 堵塞产生的原因45-47
• 3.5.2.1 输送工艺参数选择不当45-46
• 3.5.2.2 物料的特性46-47
• 3.5.2.3 其他原因47
• 3.5.3 堵塞的排除47-49
• 3.5.3.1 采用敲击的方法或者提高气源压力47-48
• 3.5.3.2 自动排堵装置48-49
• 3.6 研究方法49-52
• 3.6.1 压降模型49-51
• 3.6.1.1 压降比法49
• 3.6.1.2 经验公式法49-50
• 3.6.1.3 附加压降法50-51
• 3.6.1.4 力平衡法51
• 3.6.2 数值研究方法51-52
• 3.6.2.1 颗粒轨道模型51-52
• 3.6.2.2 双流体模型52
• 3.7 本章小结52-54
• 4 炭黑密相气力输送系统设计54-69
• 4.1 气源及气体处理设备54-57
• 4.1.1 空压机的参数计算54-56
• 4.1.1.1 流量计算55
• 4.1.1.2 压力计算55-56
• 4.1.2 空气干燥处理装置56-57
• 4.2 炭黑解包机与除尘器57-59
• 4.2.1 除尘器的设计58-59
• 4.2.1.1 除尘器的处理风量59
• 4.2.1.2 除尘器的过滤面积59
• 4.3 炭黑发送装置59-62
• 4.3.1 发送装置的组成及原理60-61
• 4.3.2 发送罐发送能力及容积计算61-62
• 4.3.2.1 输送能力61
• 4.3.2.2 发送罐容积61-62
• 4.4 输送管道及储气罐的选择62-63
• 4.4.1 输送管道管径的计算及选择62-63
• 4.4.2 储气罐最小容积计算63
• 4.5 两位三通分配阀63-64
• 4.6 料气分离器64-65
• 4.7 涡街流量计选型65-67
• 4.8 控制系统67
• 4.9 本章小结67-69
• 5 炭黑密相气力输送系统实验研究以及能耗分析69-88
• 5.1 炭黑的物理性质69-70
• 5.1.1 炭黑的粒径69
• 5.1.2 炭黑的堆积密度69-70
• 5.1.3 炭黑的真密度70
• 5.2 炭黑物性实验70-73
• 5.2.1 炭黑堆积密度测量70-71
• 5.2.1.1 实验设备70
• 5.2.1.2 实验过程70-71
• 5.2.1.3 实验数据及结果71
• 5.2.2 炭黑粒径分布测量71-73
• 5.2.2.1 实验设备71-72
• 5.2.2.2 实验过程72
• 5.2.2.3 实验数据及结果72-73
• 5.2.3 炭黑流动性实验73
• 5.2.3.1 实验设备73
• 5.2.3.2 实验过程73
• 5.2.3.3 实验数据及结果73
• 5.3 炭黑输送实验73-82
• 5.3.1 实验装置73-74
• 5.3.2 输送设备74-77
• 5.3.2.1 解包装置74-75
• 5.3.2.2 发送装置75
• 5.3.2.3 输送管道75-76
• 5.3.2.4 脉冲袋式除尘器76
• 5.3.2.5 涡街流量计76-77
• 5.3.3 实验过程77
• 5.3.4 输送工艺参数及结果分析77-82
• 5.3.4.1 管道中的单位压降变化77-78
• 5.3.4.2 发送罐憋压压力与输送时间的关系78
• 5.3.4.3 管道压力与输送时间的关系78-79
• 5.3.4.4 最优输送参数实验79-82
• 5.4 气力输送的能耗分析以及优化节能82-86
• 5.4.1 压缩空气的成本82-83
• 5.4.2 空压机能耗实验83-85
• 5.4.2.1 实验设备83-84
• 5.4.2.2 实验过程及步骤84
• 5.4.2.3 实验数据及分析84-85
• 5.4.3 气力输送系统的节能计算85-86
• 5.5 本章小结86-88
• 6 炭黑气力输送的数值模拟及分析88-109
• 6.1 利用FLUENT模拟炭黑气力输送的步骤88-89
• 6.2 物理模型89-90
• 6.3 控制方程90-92
• 6.4 边界条件的设置92-93
• 6.4.1 气相的边界条件92-93
• 6.4.2 固相的边界条件93
• 6.5 模拟参数93-94
• 6.6 管道几何参数对输送过程的影响94-97
• 6.6.1 管径与压降的影响94
• 6.6.2 弯径比与压降的关系94-95
• 6.6.3 管道布置对输送过程的影响95-97
• 6.7 工艺参数对输送过程的影响97-101
• 6.7.1 输送气速和输送量对压降的影响97-99
• 6.7.2 料气比与压降的关系99
• 6.7.3 输送过程参数的变化99-101
• 6.8 整体模拟101-107
• 6.8.1 水平管道的流动状态102-104
• 6.8.2 垂直管道的流动状态104-105
• 6.8.3 弯管的流动状态105-107
• 6.9 本章小结107-109
• 总结与展望109-111
• 参考文献111-114
• 附录114-115
• 致谢115-116
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录116-117

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 高敬国,徐德龙,赵江平;粉体密相气力输送理论与技术进展[J];中国粉体技术;1999年05期

2 陈宏勋;21世纪的物料输送:观念、技术及系统[J];中国粉体技术;2000年S1期

3 金秋华;李志华;;炭黑在气力输送系统中的破碎原因的分析[J];中国粉体技术;2008年01期

4 王则力;罗坤;樊建人;;颗粒与顺列管束磨损的数值模拟[J];工程热物理学报;2008年09期

5 朱健云;杨晓燕;归柯庭;王芳;李庆钊;;水平管气力输送最佳经济速度的模拟研究[J];工程热物理学报;2008年10期

6 杨伦;;脉冲气刀式栓流密相气力输送的研究[J];玻璃;1980年01期

7 张政,谢灼利;流体-固体两相流的数值模拟[J];化工学报;2001年01期

8 魏飞,陈卫,金涌,俞芷青;气固并流系统中弥散颗粒混合行为的研究[J];化工冶金;1996年03期

9 陈利东,沈颐身,苍大强;浓相气力输送的流型及稳定性判定[J];化工冶金;1998年01期

10 李洪钟;垂直气力稀相输送过程中压力降计算方法的探讨[J];化学工程;1978年03期

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