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气力输送系统流动特性的研究

林江  
【摘要】:气力输送是利用空气的能量来进行粉粒状散装物料连续输送的输运技术。在电力、化工、食品处理、钢铁、冶金、建筑材料、机械制造、医药、饲料等行业具有广泛的应用。气力输送的研究涉及多个学科分支,对工业生产具有重要的现实意义。本文运用理论分析、数值计算以及试验,对气力输送的流动特性等相关问题进行了深入的研究。 论文首先对本课题的研究背景和立项意义进行了论述;简要介绍了气力输送系统的组成结构;对气力输送系统的特点进行了总结,从气力输送的输送装置型式、气力输送实质、状念相图方面等对气力输送系统进行了分类。 对气力输送系统的研究现状进行了综述。从气力输送系统的两相流理论研究、气力输送的动力学特征、气力输送系统的过程控制和系统磨损等四方面,分别对稀相、浓相系统的研究成果作了全面的论述。 对气力输送研究的基础理论进行了简要陈述。从气力输送的基本流型、气力输送的两相流研究方法和气力输送系统设计的原则和主要参数进行了阐述。 对气力输送中悬浮固粒群的加速区时间模式下稳定性问题进行了研究。在建立悬浮固粒群力作用模型和固粒群加速区的运动方程的基础上,首次从考虑管壁摩擦力影响的悬浮固粒群在不同初始条件下的运动入手,对固粒从初始到稳定状态的全过程作了全面的探讨,并推导求解了在时间模式下不同初始速度的固粒群的运动解析关系;得出不同初始条件下固粒群的运动规律。其运动过程为:初期作变速运动,经过一段时间后到达稳定,此后以恒速运动;恒速运动与固粒的初始速度无关。 对气力输送中不同初始状态固粒群的加速区气固两相流动进行了数值模拟;气流场采用修正的k-ε湍流模型进行计算,采用相间滑移数值方法(IPSA)求解全流场的N-S方程;在考虑了时间模式的基础上进一步推导求解了空间模式下不同初始速度的固粒群的运动解析关系;通过对解析关系和数值模拟结果的分析,给出了初始气固速度比对加速区变速运动的时间、距离、加速度等参数的影响。对气力输送中具有不同初始状态的悬浮固粒群在加速区的气固两相流动进行了研究,分析了不同初始条件下固粒群的运动规律。 浙江大学博士学位论文林江2004.5 门鱼鱼鱼.....门口,口皿旦坦鱼.......甲阅口鱼鱼鱼鱼...........脚.........口甲甲............甲坦鱼.....,坦鱼鱼鱼鱼..坦鱼鱼鱼鱼鱼鱼里鱼鱼鱼鱼鱼旦里鱼鱼鱼鱼旦鱼鱼旦鱼鱼旦旦 研究了在管壁摩擦力影响下的悬浮固粒群在不同初始条件下运动时,初始气 固速度比与悬浮速度、管壁摩擦损失系数的关系;着重考虑了不同初始速度的固 粒群沿程加速段的运动特性,通过求解首次给出了考虑不同初始气固速度比影响 时,不同的固粒与管壁摩擦条件和不同悬浮速度比下,管内固粒的稳定运动速度 的预估曲线。 对气力输送的气流场若干问题进行了探讨。对含柱状固粒的两相流场,建立 了包含柱状固粒对流场影响的流体脉动速度方程,在求解脉动速度方程的基础上, 经平均得到流体的湍流强度和雷诺应力。将该方法用于湍流场的求解,并与单相 流实验结果进行了比较。计算中变化柱状固粒的参数,给出了固粒的体积分数、 长径比、松弛时间对流场湍动特性的影响,说明粒子对流场的湍动特性起着抑制 作用,其抑制的程度与粒子的体积分数、长径比成正比,与粒子的松弛时间成反 比。 对正压浓相气力输送系统输送特性进行了试验研究。基于工业规模的正压浓 相气力输送试验装置系统,研究了}卜压浓相系统中开泵压力、气流量和料气比、 出力之间的关系,探讨了在该条件下系统最佳运行参数。 对气力输送系统过流部件磨损特性及控制进行了研究。分析了气固两相流风 机存在的问题,通过对固粒穿过湍流和层流边界层时造成叶片磨损的比较,建立 了风机叶片附近流场特性与磨损之间的关系,说明叶片附近流场的湍化程度高能 减轻固粒对叶片的磨损,而由计算表明叶片表面加肋条能提高流场的湍化程度, 因而能减轻磨损。 对浓相气力输送的二次气流湍流扰动对输送特性影响问题的数值研究。给出 了在二次气流作用下的两相湍流场的压力、气相场速度、固相颗粒速度、体积分 数;讨论了二次气流对气相场和固相场的影响、主输送管道气流速度与二次气流 速度比的关系;说明了二次气流参数变化、主输送管道气流速度变化、粒子粒径 变化对对湍流扰动的影响。 最后,对本文的研究上作进行J’总结陈述,对今后气力输送的研究提出了展 望。 关键词:气力输送气固两相流浓相流动特性加速区数值计算


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