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移动床层中颗粒物料流动的研究

移动床层中颗粒物料流动的研究

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作者：何优优重庆大学

学位级别：硕士

竖炉是重要的冶金反应器类型的一种，在冶金过程中有广泛的应用。研究竖炉内的物料流动现象对工业生产有重要的指导作用。连续介质理论是竖炉内物料流动研究方向之一。已有的流体动力学模型只有在炉内物料流动区求解，才能获得和实验数... 详细信息

竖炉是重要的冶金反应器类型的一种，在冶金过程中有广泛的应用。研究竖炉内的物料流动现象对工业生产有重要的指导作用。连续介质理论是竖炉内物料流动研究方向之一。已有的流体动力学模型只有在炉内物料流动区求解，才能获得和实验数据较吻合的结果，它们不能满意预测物料缓慢流动区。竖炉中的颗粒状物料，作为大量颗粒集合体的运动，不同于一般流体的运动，不同于金属的连续塑性变形，更不同于单个颗粒的运动。本课题综述了几种典型的物料流动模型。建立了一类可以在移动床内研究颗粒状物料流动情况的新模型，并进行了移动床内中固体颗粒物料流动的实验，来验证模型的可行性。利用分离式的SIMPLE求解法，对新模型方程进行数值求解。实验和理论研究结果如下：①单漏口实验装置内基本不存在活塞流，任意高度上物料流动速度沿横向分布不均匀，装置内有明显的物料流动区和物料缓慢流动区;单漏口实验装置内物料流动区，在实验范围内，随漏口卸料速度变化不明显。通过双漏口实验证明：两漏口之间的距离逐渐减小时;物料流动区的总范围会减少。②颗粒物料流动表观速度对物料流动阻力的影响说明惯性力对决定物料流动现象起重要作用;物料表观速度变大，物料流通性变好，意味着通过惯性维持物料流动状态的作用变强。③对物料流通性系数(阻力系数)给以较合适描述，建立了一类新的物料流动模型;该类模型能同时计算出死料区和流动区，计算结果和实验结果吻合较好，体现了物料流动的重要特征;所建模型为动力学模型，具体给出了作用在控制体内物料阻力的表达式，和运动学模型相比，具有更好地进一步开发的基础，为进一步研究移动床层内颗粒物料流动的边界层现象、流动区和体积力场具有较强方位关系的现象等奠定了的基础。

关键词：移动床颗粒物料流动死料区惯性作用控制数值计算

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曲线漏斗筒仓卸料过程中贮料与仓壁的相互作用研究

曲线漏斗筒仓卸料过程中贮料与仓壁的相互作用研究

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作者：程远浩河南工业大学

学位级别：硕士

筒仓卸料时,仓壁的动态压力是导致结构破坏的关键因素,贮料堆积结拱是增大动态压力的重要原因。传统锥形漏斗筒仓卸料过程中贮料易产生管状流动现象,并在死料区高度范围内形成承载能力较大的承压拱。曲线漏斗筒仓可改善卸料流态,降低贮... 详细信息

筒仓卸料时,仓壁的动态压力是导致结构破坏的关键因素,贮料堆积结拱是增大动态压力的重要原因。传统锥形漏斗筒仓卸料过程中贮料易产生管状流动现象,并在死料区高度范围内形成承载能力较大的承压拱。曲线漏斗筒仓可改善卸料流态,降低贮料的承压拱强度,从而减小卸料时仓壁上的动态压力。本文依托国家自然科学基金面上项目(51578216),采用试验和离散元模拟方法研究曲线漏斗筒仓的贮料流动形式和仓壁上的动态压力及分布,并与锥形漏斗筒仓作对比。在此基础上,推导出漏斗侧壁上方颗粒流动速率的计算公式,结合颗粒流动速度场,分析曲线漏斗改善卸料流态的原因。利用压力拱理论,研究曲线漏斗筒仓改善流态,降低瞬时拱强度,进而影响筒仓动态侧压力及分布的原因,揭示曲线漏斗筒仓的减压机理。具体研究内容和主要结论为:(1)选取漏斗倾角为30°、45°和60°的锥形漏斗筒仓和曲线漏斗筒仓,通过试验和模拟的方法,分别对的锥形漏斗筒仓及曲线漏斗筒仓进行卸料研究,分析卸料过程中最大动态侧压力和贮料的流动形式的关系。可知:锥形漏斗筒仓贮料的流动形式以管状流动为主,动态侧压力较大;曲线漏斗筒仓贮料的流动形式为整体流动,动态侧压力较小。说明曲线漏斗可以改善贮料的流动形式,进而降低筒仓的最大动态侧压力。(2)在试验和模拟过程中,对两种筒仓卸料过程中较大动态压力的分布范围进行归纳,结合模拟过程中得到的死料区面积,分析两者之间的关系。可知:锥形漏斗筒仓死料区面积较大,且较大侧压力集中分布在筒仓底部;曲线漏斗筒仓死料区面积远小于锥形漏斗筒仓,则避免了较大侧压力集中分布的现象。(3)基于筒仓规范,推导出漏斗侧壁上方颗粒流动速率的计算公式,对两种筒仓的计算结果进行对比分析,得出结论:在卸料过程中,锥形漏斗侧壁上方颗粒容易堆积形成死料区,从而导致贮料管状流动的形成;而曲线漏斗侧壁处的颗粒自上而下加速往卸料口方向流动,避免了大面积死料区的形成,有效地改善了贮料的流动形式。结合力链与拱的关系,通过对死料区与瞬时拱生成位置的分析,研究死料区对较大动态压力分布的影响,得出结论:死料区沿仓壁堆积高度范围内容易生成瞬时拱,使较大动态侧压力在筒仓底部集中出现,而曲线漏斗筒仓由于死料区面积较小,使得较大动态侧压力在筒仓中、下部分布相对均匀,有效避免了侧压力集中的现象。(4)基于承压拱理论,对两种漏斗筒仓中瞬时拱拱脚和水平方向的夹角、瞬时拱的承载能力与瞬时拱惯性力三者之间的关系进行研究,得出结论:锥形漏斗筒仓中瞬时拱拱脚与水平方向夹角较大,瞬时拱承载能力强,导致瞬时拱在成拱、破拱的过程中产生惯性力较大;曲线漏斗筒仓中瞬时拱拱脚与水平方向夹角较小,瞬时拱承载能力弱,导致瞬时拱在成拱、破拱时产生惯性力较小。而瞬时拱的惯性力直接影响筒仓的动态侧压力的大小,故曲线漏斗通过改善流态,减小瞬时拱拱脚和水平方向的夹角,降低瞬时拱的承载能力,进而降低瞬时拱在成拱、破拱时产生的惯性力,从而达到降低筒仓动态侧压力的目的。

关键词：筒仓曲线漏斗锥形漏斗动态侧压力贮料流动形式压力拱理论死料区

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