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粉体流流动及传热参数耦合特性研究

杨凌  
【摘要】: 本文设计并建立粉粒体物料热物性参数测试平台,借助于半无限大物体在恒壁温边界条件下的传热模型以及无限大平板在恒热流边界条件下的传热模型,分别对3种不同粒径规格的复合肥颗粒、2种分子筛颗粒、以及氟化铝粉末等不同性状的粉粒体物料进行传热测试及分析,定量描绘出非稳态传热条件下粉粒体床层内部的温度场分布情况,分析并得出粒径、空隙率等物性参数对非稳态温度场分布的影响。本文选择复合肥颗粒分别进行增湿处理,测试5种不同湿度条件下非稳态传热的温度场分布情况,定量得出湿度对温度场分布的影响。 本文在固体导热理论基础上,建立粉粒体床层内非稳态传热方程,确定适当的边界条件,结合非稳态温度场分布和表观密度等实验测试数据,对粉粒体床层内的传热方程进行数值求解,得出粉粒体物料的有效导热系数、有效热扩散系数、表观比热等热物性参数。在数值模拟计算的基础上,本文详尽地分析温度、湿度、粒径、空隙率等参数对复合肥颗粒有效热扩散系数和有效导热系数的影响程度,并得出经验关联式。这些工作为相关粉粒体物料传热特性的研究及工业装置的设计,提供了基础数据和设计指导。 在基础测试和模拟计算的基础上,本文设计并建立一套粉粒体移动床换热器中试装备。以农业生产中大量使用的复合肥颗粒为实验研究对象,进行粉粒体物料流动参数以及间壁换热参数的耦合特性研究。通过改变传热板间距、物料流速和换热介质流速等一系列参数,测试复合肥颗粒移动床进出口温度的变化规律,建立粉粒体间壁传热的“两区”模型,得出复合肥颗粒与波面板间的温度、传热量和传热系数随着这些参数的变化规律;计算并整理出复合肥颗粒移动床换热器进、出口无因次温度θ、彼克列数Pe和无因次长度s/L的关系算图,利用这些算图可以避免繁杂的数学推算和修正,从中找出各个特征参数间的关系,为粉体流移动床换热器的设计提供依据。 在对实验参数分析和数据整理的基础上,得出了无因次温度θ、毕渥数Bi、彼克列数Pe、无因次长度s/L和无因次速度v_1/v2等特征参数之间的经验关联式,此关联式可以描述粉体流流动及传热参数的耦合特性,也可很方便地计算各无因次特征参数间的相互变化关系。


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