超细颗粒聚团流化分层特性模拟研究文献综述

 2023-08-26 19:25:46

文献综述(或调研报告):

超细颗粒流化聚团特性

近几十年来,对超细颗粒流化的研究迅速发展。国内主要有中科院李洪钟、清华大学魏飞、中南大学周涛课题组等;国外主要有荷兰Van Ommen、美国Pfeffer、英国Tuzun课题组等对其进行了广泛的研究。主要关注超细颗粒流化的基本特性如临界流化风速Umf、床层膨胀比H/H0、聚团尺寸和形貌等。由于超细颗粒的流化质量较差,各种改善流化的方法(如振动、电场、声场、磁场、微射流等)和其他外场(如温度场)对其流化特性的影响以也得到国内外学者的广泛关注。

Geldart根据颗粒在气体中的流化特征将颗粒分成D、B、A、C四大类,并根据颗粒的尺寸和密度,作了以密度差(-)为纵坐标,以颗粒表面积/体积平均直径为横坐标的分类图,以此来划分颗粒分类。D类颗粒一般为尺寸较大或非常重的颗粒,其平均粒径一般在0.6以上。B类颗粒的平均尺寸大致为40lt;lt;500,颗粒密度范围大致为1.4g/cm3lt;lt;4g/cm3。A类颗粒一般为小尺寸(20~100)、低密度(1.4g/cm3)的颗粒。C类颗粒平均粒径在20以下,通常难以流化。与Geldart颗粒相图的不同是,近年来人们发现粒径小于C类颗粒的超细颗粒或纳米级颗粒在一定条件下能够流化。

图1. Geldart分类图

王樟茂等在流化氧化铝(1.26~81)、聚丙烯氰催化剂(1.25~82), FCC催化剂(1.26~81)等颗粒时发现,细颗粒可以均匀地流化,但用塌落法测得的初始鼓泡速度比常用关联式预测值大得多。这是由于细颗粒之间存在粘性力,因此需要更大的力才能使其均匀鼓泡。

Morooka等测量了、、和等超细颗粒的流化性能,实验表明在低气速下所有实验采用的颗粒均不能正常流态化,当气速增大,施加给颗粒的能量足够大时,颗粒均能正常流化。Kusakabe等在实验中发现,超细颗粒、Ni、和粒径小于O.5时,能平稳流化。在床层中,超细颗粒形成聚团,流化特性与A类颗粒类似。聚团尺寸与颗粒特性有关。Pacek和Nienowfi对密度极大的硬金属细颗粒流化研究表明,此类颗粒以聚团形式流化。

Iyer等通过三种粒径(12.2, 14.9和19.4)的聚合物流化实验发现:12.2的聚合物表现为C类特性;当气速超过3.6cm/s时,床层中可观测到许多不同规则的裂纹,床层压降波动剧烈,且床层压降测定值及床层的微观状态等都不能重现;在较高气速下,物料开始流化,但裂纹及垂直沟流也同时产生;随时间的推移,垂直方向的沟流将贯穿整个床层,最终导致死床。平均粒径为14.9的聚合物的流化行为与12.2的不同,表现为A-C类特性。平均粒径为19.4的粗颗粒,呈A类颗粒的流化特征。

赵珺等在流化实验中发现,在低气速时,床层形成沟流;增大气速,形成喷动床。但是若一开始就加大气速,床内细颗粒可达到“正常”流化状态,在这种流化状态下,床内细颗粒不是以原始的单个颗粒存在,而是形成一定大小的团块。

Zhao等在微米级粉体的流化实验中发现有三种不同的流化模式。第一种模式为许多超细颗粒在一定气速下以聚团的形式流化,聚团大小在70~700范围内,超细颗粒、/气凝胶属于这种类型。第二种模式的特点为:低气速下床层沟流,沟流裂缝中有小聚团喷动;随气速增加,沟流形成的裂缝扩大,裂缝中的粉体喷动更高。当气速增加到一定值时,床层分为两层,上层流化区,底层由大聚团组成,超细颗粒、属于该种类型。第三种流化模式是颗粒流化前已经形成小聚团,如、超细颗粒,这些物料的流化非常类似于A类物料的流化性能。实验还显示,即使采用床层加热或床层振动的方法,也不能使某些超细颗粒,如、Al、和Si等平稳地流化或重复实验数据。

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