基于颗粒间相互作用的细颗粒粉体料仓下料过程分析

以玻璃微珠、流化床裂化催化剂颗粒、褐煤和聚氯乙烯颗粒为实验物料,开展粉体流动性表征与料仓下料实验。研究发现,不同粉体的流动性差异较大,相应的料仓重力下料结果也不同;实验所用粉体的下料流率远低于传统Brown and Richards模型的预测值。分析表明,颗粒间相互作用导致的粉体黏附团聚是阻碍细颗粒粉体下料流动的主要原因。基于上述分析,利用剪切测试结合摩尔应力圆理论获得床层拉伸应力,并借助Rumpf方程构建的颗粒间相互作用与粉体床层应力之间的模型来获得不同粉体的颗粒间作用力;继而采用Bond数对粉体床层空隙率进行修正,揭示了颗粒间相互作用对粉体床层结构的影响,并在此基础上建立了粉体下料流率预测模型。新建立的耦合颗粒间作用力的粉体流率模型,有效改善了传统模型对细颗粒粉体流率预测值偏高的弊端,显著降低了流率预测偏差。

细粉下料过程的气固流体动力学作用分析

细颗粒粉体下料时受气固流体力学作用在料仓出口附近形成逆压力梯度,使得粉体下料流率实验值远低于理论预测值。而且该压力梯度力直接测量较困难,对模型修正和发展提出了挑战。以玻璃微珠、流化催化裂化(FCC)催化剂颗粒、褐煤和聚氯乙烯(PVC)颗粒为实验材料,首先开展粉体静力学与动力学测试,借助休止角(AOR)、豪斯纳比(HR)和卡尔流动指数(CFI)多个粉体流动性判据综合分析不同粉体的流动特性;在分析粉体料仓出口附近气固流动特征的基础上,结合Jenike流动与不流动判据,将作用在细颗粒粉体上的逆压力梯度力引入到拱应力平衡方程;进一步,提出了利用迭代算法获得逆压力梯度力的方法,实现了对逆压力梯度力与粉体料仓下料流率的预测。建立的粉体下料流率模型考虑了气固流体动力学作用对粉体下料流动的影响,有效改善了传统模型对细粉体流率预测偏高的问题,模型预测偏差从60%以上降低至±20%。

复杂流道结构料仓的下料流率预测

在实验室搭建的有机玻璃料仓下料平台上,分别以自由流动粉体玻璃微珠和黏附性粉体煤粉和聚氯乙烯为实验介质,针对无改流体(No-In)、封闭改流体(Con-In)和开放改流体(Ucon-In)三种情况所形成的不同流道结构,开展了粉体料仓下料及其流率建模研究,定量分析了改流体对粉体下料流率的促进作用,对比给出了玻璃微珠、煤粉和聚氯乙烯在不同流道结构料仓内的下料特性。研究表明,改流体的引入有利于提高料仓下料流率,Con-In促进流动效果最明显,对于流动性弱的煤粉,下料流率提升幅度达到最大的58%。基于剪切摩擦区的概念,提出流率校正因子F对最小能量理论方程进行了修正,将理想的料仓下料模型拓展至实际下料过程。进一步,对于Con-In,根据流道结构特征结合对粉体的受力分析,修正了模型中的锥角项;对于Ucon-In,基于粉体下料流动竞争机制,提出分阶段下料模式并关联了内层和夹层的下料流率,最终建立了复杂流道结构料仓的下料流率预测模型。该模型综合考虑了粉体物性、下料流型和流道结构的影响,可有效预测自由流动粉体和黏附性粉体流经传统料仓(No-In)和改流体料仓(包括Con-In和Ucon-In)的粉体下料流率,且预测偏差<10%。

粉体流动性的静力学及动力学表征研究

以煤矿、冶金、橡胶等行业常见的粉体(铜粉、玻璃微珠、煤粉、氧化铝、石油焦及炭黑)为研究对象,借助静力学和动力学方法,进行粉体流动性表征。通过表征得到粉体物性参数与流动性参数之间的函数关系,发现粉体物性(粒径和密度)对摩擦特性、压缩特性、动力学特性等流动性参数的影响规律不同。构建了不同流动性参数间的关联式,获得了休止角与豪斯纳指数(HR)、HR与压缩性指数的线性关系。对比了Carr指数与Jenike流动函数的结果,发现静力学表征技术能更有效地区分流动性较的好粉体之间的差异,而对于粘性粉体通过剪切测试易获得更全面的特性表征。