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煅烧水泥熟料用大颗粒流化床的动力学特性研究

李晓光  
【摘要】:本论文重点对大颗粒流化床的动力学特性及床层的稳定性进行了详细的研究,旨在通过深入了解大颗粒流态化现象,开发出具有自主知识产权的新型流态化水泥熟料煅烧装置。本研究的要点及所获得的主要成果如下: ■大颗粒流化床动力学的实验研究 借助高速摄影的图片分析手段,对二维大颗粒流化床中气泡的行为进行了观测。首次提出在大颗粒流化床中,气泡成长受四种机制控制:颗粒排开机制、颗粒淋落机制、气泡聚并机制、渗流机制;在气泡的上升过程中,气泡的直径在不断长大,床内很容易发生节涌;气泡在床面破裂时,颗粒向上的溅射速率和高度均很大。 通过对三维床的研究,发现大颗粒三维流化床的临界流化风速低于二维床,并且这种趋势随颗粒尺寸的增加而愈发明显;当流化颗粒尺寸降低、粒度分布变宽时,大颗粒流化床的节涌现象得到明显的改善,表现出较好的流化质量。 本研究推荐平均粒径为3.4mm、具有较宽粒度分布物料作为水泥熟料煅烧过程中料球的几何参数。 以该粒度物料为重点考察对象,对大颗粒流化床开展了压强脉动信号的时频分析。研究表明:随流化数的增加,压强脉动方差值会有明显地增加;首次发现可以通过观察压强脉动方差变化的规律,得到三维流化床中气泡上升过程的运动信息;依据压强脉动信号的频域分析发现三维床中床高100mm处为原始气泡的形成区域;随流化数的增加,在床的大部分区域,压强脉动主频随之增加,表明气泡上升速度增加。 上述研究表明:控制床的高径比为1、流化数为2.06以下,能有效地缓解大颗粒流化床的过分膨胀及节涌现象的发生,提高流化床的流化稳定性。 ■大颗粒流化床的数值仿真研究 气相运动的数学描述采用了Euler的方法;而对颗粒相的描述则采用了Lagrange方法。颗粒之间的碰撞模拟采用了软球模型。利用Fortran语言自行编制


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