高浓度煤粉流经文丘里管的过程特征与规律研究

发布时间：2017-04-18 14:16

  本文关键词：高浓度煤粉流经文丘里管的过程特征与规律研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文以文丘里管在粉煤密相输送系统中的应用为背景,依托高浓度煤粉输送系统,研究了文丘里管在输送系统中的特性,操作条件和结构参数对煤粉流经文丘里管流动的影响,煤粉流经文丘里管压降模型和粘附结垢现象。本文的主要研究工作如下：1.研究了在高浓度煤粉输送系统中文丘里管的作用。文丘里管能在三套输送系统中充当阻力部件,显著提升管线压力,限制煤粉流量,输送量随输送压差的变化率降低。然而,系统的能耗也会增加。中试系统,节流比依次从0.29、0.36增大至0.43,煤粉输送量依次增加0.2,1.2倍,颗粒速度依次增加0.5,1倍,颗粒浓度增加O.13,0.17倍。2.研究了气体一煤粉混合物通过文丘里管的流动特征和压降。高浓度煤粉流经文丘里管的流动特征表现为内部压力、体积固气比沿程显著降低。即使是在扩张段,体积固气比依然较高。煤粉进入稳定流动的时间远远大于纯气体。相对于纯气体流动,当保持两者的喉部表观气速相同时,混合物流动的进口气速低,而出口气速高。煤粉流经文丘里管的压降随着表观气速、体积固气比和气体密度的增大而增大。保持相同的进口压力和进口气速时,随背压的增大,文丘里管各段压差及总压差也减小,压力同升位置向喉部迁移,扩张段会从压力损失过渡至压力回升。静压回升向文丘里管出口迁移,更早进入稳定流动。随出口压力比的增大,出口速度比减小,出口下游的静压一直上升,而出口一小段的压力变化波动较大,与出口压力比无关,只在大出口压力比(0.7)才会出现上升的趋势。文丘里管上游的压差则与出口压力比无明显联系。3.研究了结构参数对文丘里管流动的影响。不同结构的文丘里管沿程无量纲化参数分布特征趋势相似,但是各段的流动参数变化程度不尽相同。随煤粉浓度增大,总压差及相应段的压差增大。节流比最显著地影响文丘里管的压差,节流比减小,文丘里管总压差增大,扩张段的压差显著增大。当节流比从0.7、0.55减小至0.4,总压差分别增大3.6倍和0.8倍,扩张段压差分别增大3.1倍和10.3倍。在本文结构范围内,收缩角、喉段长度、扩张角的改变对总压差的影响有限。收缩角从5°、9°变化至2.5°,总压降分别增大7%和15%。扩张角从8°、13°变化至2.5°,总压降分别增大2.5%和4%。43d和80d相对于23d,喉段长度分别增加0.9和2.5倍,但总压降增大6%、11%。2.5。收缩角的收缩段压差最大,8°扩张角的扩张段压差最小。80d喉段长度的喉段压差最大。本体系下煤粉的浓度较高,使得在收缩段,煤粉间的碰撞、摩擦作用,煤粉与管壁的碰撞作用较为明显,当收缩角增大后,收缩段压降随收缩段长度减小下降不明显。5°和9°的收缩段压差基本接近。在扩张段,减速程度降低的煤粉颗粒数目较多,使得扩张角从8°增大至13°,煤粉颗粒与气体动量交换的时间变短,扩张段压降增大,并接近2.5°。4.借助典型的气液流经文丘里管系统、密相气固直管系统和稀相气固流量测量系统中的压降模型,以大量的实验数据为基础,评价了不同压降模型应用在高浓度煤粉流经文丘里管过程中的实际效果。三个经验公式法应用在稀相气液系统,压降表达形式相对简单。但是计算结果与实验值差别较大。Boll模型考虑颗粒在文丘里管整段的加速以及两相摩擦压降,相对其它模型具有最完备的物理意义。但是计算结果尚不能完全适用于高浓度气固系统。同时,模型结果属于数值解,形式相对复杂。引入附加压降法和固相动量通量法至高浓度文丘里管系统,计算结果偏差在土30%以内。不足之处在于,模型的物理意义相对不足。考虑本系统高压、高浓度特点,采用基于修正的数的压降与流量的关系式。虽然推导过程及压降模型的最终形式相对复杂,但是模型计算结果偏差在30%至一10%以内,效果较好。5.对取得的垢物进行分析,揭示了文丘里管内的粘附结垢现象。随输送时间的增大,结垢总重增大,结垢尺寸增大,结垢现象越明显。相同输送压差下,煤粉输送量降低,文丘里管总压差占输送总压差比例增大,收缩段压差占文丘里管总压差比例增大。相对于Bs煤粉,煤垢中的矿物质含量较多,主要矿物质元素含量明显富集。以高岭石为主的粘土矿物相对质量分数较多。煤垢不同层外观形态以及组成存在差异。内表面相对平整,由内到外表面矿物质元素相对质量分数依次减小,C元素相对质量分数在外表面最大。
【关键词】：文丘里管 煤粉 两相流 流动特征 压降
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ541
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 符号说明13-17
• 第1章 前言17-40
• 1.1 课题背景与意义17-18
• 1.2 文献综述18-38
• 1.2.1 差压法测量测量气固两相流量18-22
• 1.2.2 St数与灵敏度系数22-24
• 1.2.3 气固两相流经变截面流道的流动特征24-28
• 1.2.4 文丘里管结构尺寸设计28-30
• 1.2.5 两相流经文丘里管压降模型30-35
• 1.2.6 文丘里管内的数值模拟研究35-36
• 1.2.7 煤粉在文丘里管内的聚集现象36-38
• 1.3 研究内容38-39
• 1.4 创新点39-40
• 第2章 粉煤密相输送系统中的文丘里管特性研究40-64
• 2.1 实验室输送系统中的文丘里管特性研究40-46
• 2.1.1 实验系统与实验物料40-42
• 2.1.2 文丘里管对管线压力的影响分析42-44
• 2.1.3 文丘里管对煤粉流量的影响分析44-45
• 2.1.4 能耗分析45-46
• 2.2 中试输送系统中的文丘里管特性研究46-55
• 2.2.1 实验系统与实验物料46-48
• 2.2.2 沿程压力分布特性分析48-50
• 2.2.3 气固混合物流经文丘里管特性分析50-52
• 2.2.4 不同节流比的文丘里管比较52-55
• 2.3 工业输送系统中的文丘里管特性研究55-61
• 2.3.1 实验系统与实验物料55-56
• 2.3.2 文丘里管在系统中的作用56-58
• 2.3.3 气固混合物流经文丘里管特性分析58-61
• 2.4 三套输送系统的文丘里管特性比较61-62
• 2.5 本章小结62-64
• 第3章 文丘里管内气固两相流动与压降特征分析64-82
• 3.1 实验装置与流程64-66
• 3.2 纯气体流经文丘里管66-70
• 3.2.1 纯气体流经文丘里管流动特征66-67
• 3.2.2 纯气体流经文丘里管压降特性67-70
• 3.3 高浓度气体-煤粉混合物流经文丘里管70-81
• 3.3.1 高浓度气体-煤粉混合物的流动特征70-73
• 3.3.2 高浓度气体-煤粉混合物的流经文丘里管过程分析73-74
• 3.3.3 背压对煤粉混合物流经文丘里管流动特征的影响74-76
• 3.3.4 高浓度气体-煤粉混合物的压降特性76-78
• 3.3.5 背压对煤粉混合物流经文丘里管压降特性的影响78-81
• 3.4 本章小结81-82
• 第4章 文丘里管结构对高浓度煤粉流动的影响82-99
• 4.1 实验装置与流程82-84
• 4.2 结构对高浓度煤粉流经文丘里管流动的影响84-92
• 4.2.1 沿程流动参数分布84-87
• 4.2.2 压差特性87-92
• 4.3 结构参数对文丘里管系统特性的影响92-97
• 4.3.1 结构参数对输送量的影响93-95
• 4.3.2 结构参数对固气比的影响95
• 4.3.3 结构参数对输送系统能耗的影响95-97
• 4.4 本章小结97-99
• 第5章 高浓度煤粉流经文丘里管压降模型评价99-119
• 5.1 基于经验公式法99-101
• 5.1.1 Calvert压降公式99-100
• 5.1.2 Yung压降公式100-101
• 5.1.3 Hesketh压降公式101
• 5.2 基于附加压降法101-105
• 5.3 基于固相动量通量法105-107
• 5.4 基于修正的St数法107-113
• 5.4.1 纯气体流经文丘里管压降模型导出108-109
• 5.4.2 高浓度煤粉混合物流经文丘里管压降模型导出109-113
• 5.5 基于Boll模型法113-116
• 5.5.1 模型假设及数值计算思路113-114
• 5.5.2 典型工况计算条件及结果114-116
• 5.6 不同压降模型应用效果评价116-117
• 5.7 本章小结117-119
• 第6章 煤粉流经文丘里管的粘附结垢现象研究119-129
• 6.1 煤粉在文丘里管内聚集结垢119-122
• 6.1.1 文丘里管119-120
• 6.1.2 聚集现象描述120-122
• 6.2 实验介质组分分析122-125
• 6.2.1 煤粉基本物性分析122-123
• 6.2.2 煤质分析123-124
• 6.2.3 XRD分析124-125
• 6.3 样品的SEM-EDS分析125-128
• 6.4 本章小结128-129
• 第7章 结论与展望129-132
• 7.1 研究结论129-131
• 7.2 展望131-132
• 参考文献132-140
• 致谢140-141
• 博士期间工作成果141

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