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石灰石颗粒磨损特性与机制研究

石灰石颗粒磨损特性与机制研究

作者：钱超然重庆大学

学位级别：硕士

当今能源形势日趋严峻，碳排放量居高不下，随之产生的温室效应和环境污染等问题成为全球的热点。煅烧/碳酸化反应法是一种有效的钙基吸收剂捕集CO2的方法。它具有反应可循环、成本低廉等优势，越来越受到广泛重视。石灰石以其储量丰富... 详细信息

当今能源形势日趋严峻，碳排放量居高不下，随之产生的温室效应和环境污染等问题成为全球的热点。煅烧/碳酸化反应法是一种有效的钙基吸收剂捕集CO2的方法。它具有反应可循环、成本低廉等优势，越来越受到广泛重视。石灰石以其储量丰富、有效可靠、高性价比和操作方便等优点成为常用的钙基吸附剂之一。在CO2捕集的流化床系统中，会发生颗粒与颗粒、颗粒与壁面之间的碰撞磨损作用，改变颗粒的粒径分布与组成，进而影响床层的流化状态和化学反应过程。通过研究石灰石颗粒在床层中的磨损情况，研究其磨损特性和机制，建立起合理的数学模型来描述和预测石灰石的磨损状态，对于研究吸收剂循环反应稳定性、提高吸收剂的吸收效率、减少运行成本以及CO2减排技术的推广等方面有重要意义。本文采用渝北天然石灰石颗粒作为原料，在自行搭建的流化床系统和颗粒碰撞系统实验台上开展了吸收剂颗粒磨损的实验研究。按照机械磨损、热磨损和化学磨损三个不同作用机制，对石灰石颗粒的磨损特性进行了实验研究。在机械磨损中，研究了颗粒与壁面的碰撞作用，研究了碰撞速度、碰撞角度、碰撞次数等因素对颗粒碰撞后粒径分布情况的影响规律;同时还研究了颗粒初始粒径、流化风速、磨损时间等因素对颗粒磨损的影响规律，建立了相应的数学表达式。在热力磨损中，主要探讨了床层温度对颗粒磨损的影响规律。在化学磨损中，结合吸收剂热重实验研究，分析了吸收剂化学分解作用的影响规律。结合电子显微镜拍摄的颗粒微观图像，对石灰石颗粒磨损机理进行了探讨。研究表明，天然石灰石衰减率随碰撞速度增大而降低;颗粒碰撞角度从0～65°范围内变化衰减率呈现以30°和45°两个分界点的“凹”型趋势;碰撞产生细粉累积质量分数、衰减率与碰撞次数皆呈线性增长关系;石灰石颗粒的初始粒径越小，表面磨损越大，大颗粒磨损中破碎占主导作用;石灰石颗粒在流化床中磨损效果随时间增长不均匀;细粉累计质量分数与时间的关系为衰减指数型增长关系;高温条件下，初始粒径越大，其磨损效果越强;随气速增大，磨损逐渐增大;500℃和750℃为两个温度界点;高温条件下颗粒形成阶梯型表面和纹理型表面两种颗粒断面;热分析仪中石灰石颗粒煅烧产生较多纹理性颗粒，产生特殊的平行裂缝。本文的研究丰富了石灰石颗粒磨损特性和机理的研究成果，推进了钙基吸收剂在流化床中磨损趋势的深入研究，在一定程度上为钙基吸收剂在流化床中利用提供了实验基础和理论依据。

关键词：石灰石颗粒颗粒磨损颗粒碰撞衰减率粒径分布

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固液两相流动和颗粒磨损研究

信息与开发 1995年第2期 1-8页

作者：刘小兵曾庆川

对固液两相流的计算模型进行了分析研究湍流和固壁对粒运动的影响，给出了颗粒磨损固壁的磨损模型，阐述尽管相流中，颗粒磨损绝对不可避免，但控制流动中流体和颗粒的运动中减轻过流表面磨损的观点。

关键词：固液两相流颗粒磨损颗粒轨道模型

低浓度甲烷催化剂颗粒气固流化态的磨损特性研究

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低浓度甲烷催化剂颗粒气固流化态的磨损特性研究

作者：任伟光重庆大学

学位级别：硕士

低浓度甲烷广泛存在于煤层气及工业废气中,由于其浓度低、流量变化大等特点,常规技术难以利用,流化床燃烧技术具有热容量大、燃料适用性广的特点,因此低浓度甲烷在流化床中的燃烧技术越来越受到人们的重视,但在实际的应用过程中,由于气... 详细信息

低浓度甲烷广泛存在于煤层气及工业废气中,由于其浓度低、流量变化大等特点,常规技术难以利用,流化床燃烧技术具有热容量大、燃料适用性广的特点,因此低浓度甲烷在流化床中的燃烧技术越来越受到人们的重视,但在实际的应用过程中,由于气流的作用,床层中的催化剂颗粒与颗粒之间以及颗粒与壁面之间不可避免地会发生碰撞,从而造成催化剂颗粒的磨损,改变颗粒的粒径分布,进而影响床层中的流化状态和化学反应的进行。目前催化剂颗粒磨损已经是流化燃烧过程面临的一个重要问题,因此对流化床中催化剂颗粒的磨损特性进行研究具有重要的学术意义和工程应用价值。本文通过对低浓度甲烷在流化床转化过程中,催化剂颗粒在流化床中的磨损特性进行实验研究,得到不同条件下颗粒的磨损特性。在常温下,实验分别研究了载体颗粒、初始粒径、流化风速以及磨损时间对颗粒磨损的影响,并对冷态下颗粒的磨损特性进行分析。在热态实验中,主要研究了床层温度对催化剂颗粒磨损的影响,并建立了相应的数学表达式。同时,还研究了催化剂颗粒随时间变化的磨损规律,以及多种催化剂颗粒混合时的磨损情况,并对催化剂磨损后对甲烷转化的影响进行了研究。研究结果表明:催化剂颗粒的磨损主要是由表面磨损和体相断裂共同作用的结果,与冷态磨损相比,热态下颗粒的磨损率更高。冷态下,当流化速度较低时,颗粒之间主要发生表面磨损,随着流化速度的提高,颗粒的运动变得剧烈,床层中的上层颗粒处于完全流化状态,颗粒与颗粒之间的表面磨损降低、但碰撞作用加强。颗粒在流化床中的磨损率与时间呈衰减型增长趋势。在热态下,当床层温度在450℃50℃之间变化时,随着温度的升高,流化床内气流流动的紊乱程度增大,导致颗粒的运动更为激烈,使得催化剂颗粒的磨损率上升。当不同催化剂颗粒相互混合时,颗粒磨损存在混合效应,即混合后颗粒的磨损比单一颗粒的磨损更为剧烈。当两种催化剂颗粒的混合比例为1:1时,颗粒的磨损率最高。本文的研究结果为催化剂颗粒在流化床中的应用提供了实验基础和理论依据。

关键词：催化剂颗粒颗粒磨损粒径分布磨损率磨损特性

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大颗粒与壁面碰撞的离散单元法模拟与分析

原子能科学技术 2017年第12期51卷 2212-2217页

作者：张鹤李天津刘马林黄志勇薄涵亮清华大学核能与新能源技术研究院、先进核能技术协同创新中心、先进反应堆工程与安全教育部重点实验室北京100084

颗粒与壁面碰撞普遍存在于散体物料输送过程,研究颗粒与壁面碰撞有助于优化输送系统、减小物料磨损或提高输送经济性。本文基于离散单元法(DEM),采用Hertz-Mindlin无滑移接触模型,对单个6mm直径大颗粒与壁面碰撞进行了数值模拟和分析,... 详细信息

颗粒与壁面碰撞普遍存在于散体物料输送过程,研究颗粒与壁面碰撞有助于优化输送系统、减小物料磨损或提高输送经济性。本文基于离散单元法(DEM),采用Hertz-Mindlin无滑移接触模型,对单个6mm直径大颗粒与壁面碰撞进行了数值模拟和分析,研究了碰撞速度、碰撞角度和剪切模量对碰撞过程和法向最大接触力的影响。研究结果表明,Hertz-Mindlin无滑移接触理论描述的法向接触过程具有自相似特性,法向卸载时长与法向加载时长比值为定值。模拟的接触时长与Thornton等的关系式预测值相符。碰撞速度和碰撞角度对碰撞过程中的法向最大接触力均有明显影响,法向最大接触力随法向碰撞速度的增加近似线性增加;碰撞速度不变时,法向最大接触力随碰撞角度的增大而减小。剪切模量对法向接触力具有重要影响,在考虑颗粒磨损和破碎的DEM模拟时,不宜采用降低剪切模量加快计算速度。本研究对颗粒磨损和破碎研究以及高温气冷堆吸收球气力输送过程优化均具有重要意义。

关键词：颗粒碰撞颗粒磨损颗粒破碎离散单元法气力输送

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灰原位形成似长石结构提高载氧体耐磨性研究

燃烧科学与技术 2022年第5期28卷 498-506页

作者：刘方张曦杨丽陈文斌亢炜燎中国矿业大学低碳能源与动力工程学院徐州221116

固体化学链燃烧伴生大量灰分,与载氧体共同流化,两者存在复杂的相互作用.同时,灰成分与载氧体形成稳定骨架所需惰性添加剂类似,具有影响载氧体骨架及活性的潜力.针对这一特性,提出了采用生物质灰原位形成似长石结构强化载氧体颗粒骨架... 详细信息

固体化学链燃烧伴生大量灰分,与载氧体共同流化,两者存在复杂的相互作用.同时,灰成分与载氧体形成稳定骨架所需惰性添加剂类似,具有影响载氧体骨架及活性的潜力.针对这一特性,提出了采用生物质灰原位形成似长石结构强化载氧体颗粒骨架的方法,研究了含K、Ca油菜秸秆灰对载氧体的影响,分析其活性与骨架变化.采用机械二次混烧的方法改性载氧体,通过小型流化床实验系统和热重分析仪分别研究反应过程、整体颗粒、单颗粒的宏观特性,结合XRF、SEM-EDS、XRD、PSD分析强化机理.结果表明:灰分的加入未降低反应活性,但却有效减小了颗粒磨损率、增大了留存粒径的分布范围.对比XRD和SEM-EDS结果,发现灰改性载氧体的表面原位生成似长石结构(KNa_(3)(AlSiO_(4))_(4)),并存在丰富的撕裂棱和准解理裂纹,保护和强化了载氧体骨架.

关键词：化学链燃烧载氧体生物质灰颗粒磨损增韧方法

内燃机轴瓦损坏的形式特征、原因与预防(1)

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汽车技术 2004年第3期 28-32页

作者：张宝义黄爱华一汽集团公司技术中心泰安专用汽车厂

阐述了内燃机轴瓦损坏的形式、原因及预防。对于轴瓦合金层,介绍了合金层表面的正常磨损、非正常磨损、颗粒磨损、电火花腐蚀磨损、冲蚀磨损、混合摩擦磨损等;介绍了合金层损坏中的热脆损坏、咬粘损坏、气蚀损坏、腐蚀磨损等。另外,阐... 详细信息

阐述了内燃机轴瓦损坏的形式、原因及预防。对于轴瓦合金层,介绍了合金层表面的正常磨损、非正常磨损、颗粒磨损、电火花腐蚀磨损、冲蚀磨损、混合摩擦磨损等;介绍了合金层损坏中的热脆损坏、咬粘损坏、气蚀损坏、腐蚀磨损等。另外,阐述了钢背损坏形式、原因及预防。

关键词：汽车维修内燃机轴瓦损坏颗粒磨损电火花腐蚀磨损冲蚀磨损咬粘损坏合金层

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SAGD油砂集输工艺优化研究

SAGD油砂集输工艺优化研究

作者：张爱娟中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

随着社会的发展,世界各国对能源需求的增加,常规石油资源已无法满足石油需求的快速增长,油砂作为非常规石油资源的主要来源及能源产库,在世界能源供给中起着举足轻重的作用,已经成为全球瞩目的焦点。本文以中石油有限公司立项研究的《... 详细信息

随着社会的发展,世界各国对能源需求的增加,常规石油资源已无法满足石油需求的快速增长,油砂作为非常规石油资源的主要来源及能源产库,在世界能源供给中起着举足轻重的作用,已经成为全球瞩目的焦点。本文以中石油有限公司立项研究的《加拿大SAGD油砂地面处理技术研究与应用》为大背景,希望通过集输系统的研究分析,以期为集输工艺的设计提供指导,从而提高集输运行的经济性和安全性,完善SAGD油砂的集输设计。运用OLGA软件,建立了工程设计中集油管道和集气管道的计算模型,对集油管道和集气管道进行压降计算、温降计算。由于集气管道输送介质中CO湿气含量达15%,运用软件的腐蚀模型对集气管道的CO腐蚀情况进行了模拟计算。分析计算结果,发现集气管道的二氧化碳内腐蚀情况非常严重。继而通过分析操作条件、输送介质、管道路由以及管道所处环境对集气管道腐蚀速率的影响,发现:高温输送条件下(T>120℃),随着输送温度的升高,集气管道的腐蚀速度明显降低。一方面分析了对保温设计进行优化之后,管道的腐蚀情况。另一方面结合集油管道模拟结果,其运行温度高达170℃,且气体流量小的特点,探讨了油气分输模式转变为油气混输集输模式的可行性。并对比分析了两种集输模式的优缺点。由于油井产出液含砂0.1%,且井口不设除砂装置,在管道运行过程中,砂粒可能会对管壁造成磨损,特别是在管道的弯头部分。运用FLUENT软件,建立了不同结构形式的弯管的计算模型,分析砂粒在弯管内的流动情况及其对弯管壁面的磨损程度。对比分析了不同的弯径比的普通弯管、盲三通弯管和球形弯管的模拟结果,不同结构形式的弯管其磨损较严重区域及磨损速率的差异。综合分析经济性、加工难易程度和砂粒磨损严重程度角度,选择适合本流动工况下的弯管结构。

关键词： SAGD油砂集输管道 OLGA CO2腐蚀颗粒磨损

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高性能串式调节阀节流元件磨损特性研究

高性能串式调节阀节流元件磨损特性研究

作者：曹星江浙江理工大学

学位级别：硕士

由于我国对交通运输燃料和石化产品的强劲需求,煤化工技术先今正发展迅速。但是煤化工产品制备的工艺流程中的流动介质成分极其复杂,且存在极限工况,导致在生产过程中流程装置失效频繁。尤其是煤化工液化系统中的阀门失效情况普遍比较... 详细信息

由于我国对交通运输燃料和石化产品的强劲需求,煤化工技术先今正发展迅速。但是煤化工产品制备的工艺流程中的流动介质成分极其复杂,且存在极限工况,导致在生产过程中流程装置失效频繁。尤其是煤化工液化系统中的阀门失效情况普遍比较严重。本文以应用于煤化工液化系统中的高温高压分离器底部的调节阀的磨损失效问题为背景,研究新型的多级降压串式调节阀的流动降压特性和液固两相流冲蚀磨损特性。(1)通过气固高温冲蚀试验装置对其节流元件的制造材料YG8(WC-8%Co硬质合金)进行颗粒磨损试验。研究其在各个颗粒冲击角度下,温度,磨料量以及颗粒流量对其磨损性能的影响。(2)基于多组实验数据,根据YG8材料的磨损特性选择了适合的磨损模型,完成模型修正,并根据温度变化规律在常温模型基础上乘上温度变化系数,得出以角度、颗粒速度和温度为变量的的磨损方程。(3)在此磨损模型基础上,通过欧拉拉格朗日法进行数值模拟研究,得到不同材料表面形貌引起的不同磨损分布的规律。(4)构建了CFD-DEM耦合方法,对多级降压串式调节阀的内部流场和离散单元颗粒的分布规律以及不同条件下的磨损特性进行了研究。实验研究结果表明:(1)在常温下,随着冲击角度升高,磨损率变大,但是增长幅度有所减缓。(2)在温度影响实验中,发现90°冲击角的磨损率随着温度上升,磨损增长很小,并且在高温情况下,在75°磨损最大。(3)在不同颗粒流量下,在颗粒流量较小时,颗粒碰撞减少,导致速度相对较高,会引起较高的磨损率。(4)由于磨料量加大,材料表面状态发生变化较大,相对磨损率下降;对于小颗粒流量,不同颗粒量得到的磨损率差距更大。数值模拟结果表明:(1)多级降压结构能有效分散节流元件各部位的磨损。两个节流口之间的缓冲区和多个环形流道可提供较大的湍流发展,这也应用于产生更有效的能量耗散。(2)多级降压结构可以确保减压的稳定性和更高的流量调节精度。(3)第一节流段的冲蚀比其他节流段更为严重,最高磨损率可达4×10kg/m·s,应注意提高其耐磨性。本文从多级降压串式结构的流动特性和材料磨损机理出发,完成了节流元件制造材料的磨损特性以及CFD-DEM结合温度相关的磨损模型预测方法研究,研究结果能为新型阀门的优化设计和寿命延长提供参考。

关键词：煤液化 WC-Co硬质合金颗粒磨损多级降压串式调节阀 CFD-DEM

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超声辅助单颗磨粒高速磨削试验研究

超声辅助单颗磨粒高速磨削试验研究

作者：王艳凤河南理工大学

学位级别：硕士

高速磨削是现代工业上公认的高效、高质量的加工方法。高速磨削过程中,工件与磨粒不停地相互高速撞击,力的瞬态作用使能量局限在一个微区域导致材料局部高温,可能达到熔化或接近熔化的状态,由此产生的诸多新机理及其表面完整性的作用机... 详细信息

高速磨削是现代工业上公认的高效、高质量的加工方法。高速磨削过程中,工件与磨粒不停地相互高速撞击,力的瞬态作用使能量局限在一个微区域导致材料局部高温,可能达到熔化或接近熔化的状态,由此产生的诸多新机理及其表面完整性的作用机制亟待研究。磨削过程是砂轮表面大量离散分布的磨粒完成的滑擦、耕犁、切削过程的综合作用,各种物理、力学现象产生机理复杂,单颗磨粒切削作为磨削加工的基本模式,成为认识复杂磨削作用的一种重要手段。超声振动加工具有能量集中、瞬间作用、快速切削的特性,能有效地改变传统加工的切削机制,具有独特的加工工艺效果。本课题结合高速加工和超声加工特点,从单颗立方氮化硼CBN磨粒入手对超声辅助高速磨削加工技术进行理论和试验研究。研究内容主要包括以下几个方面:(1)结合超声振动系统特点和高速磨削系统要求,在实验室现有设备的基础上研制出一套超声辅助单颗磨粒高速磨削的试验装置。在标准刀柄的基础上改造出可与机床主轴连接的工件-刀柄系统,为满足高速磨削要求对工件尺寸进行了设计,并对工件-刀柄系统进行动平衡调试,调试后工件转速可达到15000r/min,线速度可达160m/s,工件跳动控制在2μm内。(2)基于单颗磨粒磨削轨迹的分析,得出了超声辅助高速磨削下的单颗磨粒运动学及磨削特性;对比分析并计算了单颗磨粒在超声高速磨削及普通磨削下切削路径长度、切削沟槽宽度、平均切屑面积及超声临界切削速度,得出超声振动单颗磨粒高速磨削具有切削路径长,切削沟槽宽,平均切屑面积小等特点,并计算出在轴向振动形式下单颗磨粒外圆磨削的临界切削速度。(3)在超声辅助单颗磨粒运动学及磨削特性分析的基础上,建立了单颗磨粒磨削力测量模型,并对切削力进行了实验研究。结果表明,超声辅助高速磨削可以降低磨削力,有更宽的加工范围,可以提高加工效率。(4)从磨粒的出刃高度、磨粒磨损面积率、磨削力信号表征这三个方面入手,研究了磨粒磨损表征的方法,探讨了超声高速磨削单颗磨粒磨损的主要形式,研究分析了磨削过程中单颗磨粒的几何形貌及磨削参数对磨粒磨损的影响规律。

关键词：单颗磨粒电镀CBN 超声振动高速磨削磨削力颗粒磨损