导向管喷动床内单相流场及声波对流场影响的数值模拟

为阐明超细粉在声场导向管喷动流化床内的流化机理,并为进一步优化和完善床层结构及操作条件提供基础,采用标准k-ε湍流模型计算了导向管喷动流化床内的单相气体流场,考察了进口流化气速和射流气速对气体流动规律的影响,以及声场对导向管喷动流化床内气体轴向速度分布及其脉动均方根的影响。结果表明:在高速射流条件下,导向管喷动流化床内气体呈内循环流动,气体循环流量随流化气速度的增加而减小,但随射流气速度的增加而增加;外加声场使环隙区和喷泉区的气体流动更加均匀,显著增加环隙区和喷泉区气流的湍动程度,且湍动程度随声压级的增大而显著增大,随声波频率的升高而小幅度降低。

超细粉在声场导向管喷流床中的聚团尺寸预测模型

超细粉的流化性能与聚团尺寸密切相关。通过分析超细粉聚团在声场导向管喷流床中的形成过程,提出了高速射流的剪切作用和聚团间的碰撞作用是决定聚团尺寸的主要原因。在此基础上,结合聚团在射流剪切过程和聚团间碰撞过程中的力平衡分析,建立了声场导向管喷流床中聚团尺寸分布的预测模型;并运用这一模型成功预测了不同射流气速下,超细TiO_2颗粒在声场导向管喷流床中的聚团平均直径和聚团尺寸分布。

声场对导向管喷流床环隙区流化质量的影响

以平均粒径150μm的空心微珠作为实验物料代替超细粉聚团,在以高速射流为喷动气的半圆柱形导向管喷流床中,分别利用光纤探针和压力传感器测量环隙区颗粒浓度信号、压力脉动信号,通过统计分析和功率谱分析考察了声场对环隙区流化质量的改善作用。结果表明:低频高强度的声场能有效破碎环隙区上部的气泡,减小气泡尺寸,增加气泡内颗粒浓度,使床层两相结构减弱,颗粒平均浓度增大,浓度波动减小。且声压级越大,作用效果越明显;而声波频率的影响则存在一个最佳值,本实验条件下为70 Hz,大于或小于该值,声波的作用效果都会减弱。同时声场能消除环隙区下部沟流,促进流化气均匀分布,使颗粒浓度减小,浓度波动增大,并随声压级增加而逐渐与上部接近,从而使环隙区轴向上的流化状态变得更加均匀,流化质量提高。