狭缝分布板可变开孔面积对D类颗粒的流化特性研究

作     者：张照德 

作者单位：天津科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李占勇;戴晓勇

授予年度：2022年

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 080103[工学-流体力学] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主      题：狭缝式分布板 分布板开孔率 流态化 压降 自调节控制 

摘      要：流态化技术易于实现连续化、自动化操作,有着床层温度均匀,传热传质效率高等优点,目前广泛应用于化工、冶金、能源、材料、环境等领域。在流化颗粒中D类颗粒粒径最大,在流化过程中更容易发生非正常流化现象,操作难以稳定。气固流化床中可安装气体分布板以稳定流化过程,在目前的研究中气体分布板鲜有针对D类颗粒进行设计,且分布板结构固定,无法实现分布板开孔率的动态调节。为了使气体分布板更好地均匀布风,并可以根据实际流化需要,在流化过程中实现自动调节,能够在流化干燥中达到更高的干燥效率,本文对狭缝分布板可变开孔面积对D类颗粒的流化特性进行了研究,并研发分布板开孔率自调节系统。在固定床阶段发现:随分布板开孔率的提高,最小流化速度先减小后增大,而床层压降先增大后减小,在开孔率取9.96%时物料最小流化速度最低、压降最高。基于固定床压降在不同气速及分布板开孔率下的变化规律,针对D类颗粒进行了Ergun方程的修正。在冷态流化实验中发现:随气速的增加,床层膨胀比随气速增大先不变后增大,床层压降基本保持不变、随开孔率变化,床层膨胀比与床层压降先上升后下降,开孔率为9.96%时床层膨胀比及床层压降最高,可以认为此时流化效果较好,物料颗粒更容易被流化。通过波动分析发现随着气速上升主频能量上升,随气体分布板开孔率上升主频能量下降,在高开孔率下的频域分布更宽。在冷态流化实验的基础上加入管式干燥器进行流化干燥实验,结果表明:在干基含水率大于1.15 kg/kg(d.b.)时,开孔率为11.4%分布板下干燥速率最高。当含水率小于1.15 kg/kg(d.b.)时,开孔率为8.55%时干燥速率最高。床层压降与物料干基含水率随干燥时间变化趋势相似。将流化过程中床层压降及分布板开孔率对流化物料干基含水率进行回归拟合,得到了回归拟合方程。基于上述研究开发分布板开孔率自调节系统,采用修正Ergun方程对流态化启动进行判断,使流化床始终处于流化状态下。应用干基含水率拟合方程实时计算物料干基含水率,由流化干燥实验结论调整分布板间距进而控制其开孔率,保证较高的干燥效率。开发人机交互界面,可在上位机监控系统运行情况,调节运行系统参数。