混合粒径褐煤振动流化现象分析与脱水模型建立

发布时间：2020-11-17 13:46

　　 近年来,振动流化床(Vibrated Fluidized Bed,VFB)干燥技术在工业上的应用越来越广泛,该技术具有干燥效率快,传质传热迅速,适合干燥粘度大的物料等优点。但目前,对振动流化床中颗粒流化状态的研究只考虑了流场作用,而且振动流化床的设计计算多参照经验公式,多种参数为估算值,缺乏精确性和可靠性。设计与相关研究较少考虑不同粒径物料颗粒干燥效果的差异。针对以上不足,本文采用EDEM和FLUENT软件,结合计算流体力学(CFD)和离散单元法(DEM),实现了振动流化行为的三维仿真,并分析在振动场和流体场耦合作用下,混合粒径褐煤的颗粒运动规律。同时,设计实验测定不同粒径褐煤的干燥曲线,结合仿真结果,建立脱水模型,实现混合粒径褐煤脱水率的优化计算。本文的主要内容与结论:(1)基于DEM理论,创建与实际煤样粒径相吻合的颗粒模型,建立振动流化床的结构模型,引入实际振动参数,对立式和卧式振动流化床中的颗粒运动状态进行仿真。结果表明,卧式振动流化床的颗粒平均速率为0.041m/s,颗粒运动时,大颗粒在上,笑了里在下;在立式振动流化床中颗粒运动出现“泉涌”现象和巴西果效应。(2)考虑振动场和流体场影响,基于CFD-DEM耦合理论,对两场联合作用下的物料流化状态进行模拟。结果表明,在流体作用下,物料层增高,颗粒更疏松,并出现了小颗粒在上,大颗粒在下的反巴西果效应,干燥会更均匀。同时,确定了适宜的流体速率为5m/s。(3)分析不同条件下褐煤干燥实验的质量变化规律得到:粒径≤6mm时,干燥速率较快;适宜的干燥提质温度为100-150℃之间;干燥时间不宜超过40分钟。(4)根据干燥数据,拟合得到干燥曲线。结合仿真振动和流体作用下不同粒径颗粒的分布情况,设置合理的温度梯度,建立脱水模型,求解入口空气温度为130℃时,混合粒径褐煤的干燥曲线。
【学位单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TQ530
【部分图文】：

第２章振动流化床参数计算与仿真建模??物料流化和输送区域，考虑计算的难易程度，根据实验室中现有的小型卧式振动流化设??备进行简化建模，床体尺寸见图２．３。床身长０．９ｍ，宽０．２５ｍ，高０．３ｍ。气体由床体下??方进入振动流化床，气体出口为振动流化床顶端，床身两侧设置物料的进口和出口。??２?３??１?＇＾＼????ｒ?ｉ???６?丨?Ｌ??１物料入口，２可视窗，３气体出口，４上箱体，５物料出口，６气体入口，７下箱体??图２．２卧式振动流化床模型??Ｆｉｇ．?２．２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ?ｖｉｂｒａｔｅｄ?ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ?ｂｅｄ??，￡１．—８９？？？？？??图２．３卧式振动流化床简化模型??Ｆｉｇ．?２．３?Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ?ｖｉｂｒａｔｅｄ?ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ?ｂｅｄ??现阶段，实验室已搭建〇．６ｔ／ｈ处理量的立式流化床。立式振动流化床模型的结构简??单，整体为圆柱体，给料方式为间歇式给料，筛板直径为８００ｍｍ，床体高度为１６００ｍｍ。??为简化计算，将立式流化床模型缩小，简易模型半径Ｒ为１００ｍｍ。几次试验之后，为??保证仿真过程中颗粒运动的充分发展，流化区域的高度Ｈ设置为３００ｍｍ，床体结构及??尺寸如图２．４所示。??－９－??

第２章振动流化床参数计算与仿真建模??物料流化和输送区域，考虑计算的难易程度，根据实验室中现有的小型卧式振动流化设??备进行简化建模，床体尺寸见图２．３。床身长０．９ｍ，宽０．２５ｍ，高０．３ｍ。气体由床体下??方进入振动流化床，气体出口为振动流化床顶端，床身两侧设置物料的进口和出口。??２?３??１?＇＾＼????ｒ?ｉ???６?丨?Ｌ??１物料入口，２可视窗，３气体出口，４上箱体，５物料出口，６气体入口，７下箱体??图２．２卧式振动流化床模型??Ｆｉｇ．?２．２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ?ｖｉｂｒａｔｅｄ?ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ?ｂｅｄ??，￡１．—８９？？？？？??图２．３卧式振动流化床简化模型??Ｆｉｇ．?２．３?Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ?ｖｉｂｒａｔｅｄ?ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ?ｂｅｄ??现阶段，实验室已搭建〇．６ｔ／ｈ处理量的立式流化床。立式振动流化床模型的结构简??单，整体为圆柱体，给料方式为间歇式给料，筛板直径为８００ｍｍ，床体高度为１６００ｍｍ。??为简化计算，将立式流化床模型缩小，简易模型半径Ｒ为１００ｍｍ。几次试验之后，为??保证仿真过程中颗粒运动的充分发展，流化区域的高度Ｈ设置为３００ｍｍ，床体结构及??尺寸如图２．４所示。??－９－??

第２章振动流化床参数计算与仿真建模??物料流化和输送区域，考虑计算的难易程度，根据实验室中现有的小型卧式振动流化设??备进行简化建模，床体尺寸见图２．３。床身长０．９ｍ，宽０．２５ｍ，高０．３ｍ。气体由床体下??方进入振动流化床，气体出口为振动流化床顶端，床身两侧设置物料的进口和出口。??２?３??１?＇＾＼????ｒ?ｉ???６?丨?Ｌ??１物料入口，２可视窗，３气体出口，４上箱体，５物料出口，６气体入口，７下箱体??图２．２卧式振动流化床模型??Ｆｉｇ．?２．２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ?ｖｉｂｒａｔｅｄ?ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ?ｂｅｄ??，￡１．—８９？？？？？??图２．３卧式振动流化床简化模型??Ｆｉｇ．?２．３?Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ?ｖｉｂｒａｔｅｄ?ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ?ｂｅｄ??现阶段，实验室已搭建〇．６ｔ／ｈ处理量的立式流化床。立式振动流化床模型的结构简??单，整体为圆柱体，给料方式为间歇式给料，筛板直径为８００ｍｍ，床体高度为１６００ｍｍ。??为简化计算，将立式流化床模型缩小，简易模型半径Ｒ为１００ｍｍ。几次试验之后，为??保证仿真过程中颗粒运动的充分发展，流化区域的高度Ｈ设置为３００ｍｍ，床体结构及??尺寸如图２．４所示。??－９－??
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本文编号：2887570