基于微米级颗粒临界沉积/剥离标准的研究进展

基于气固两相流动的微颗粒沉积一直是一个棘手的问题,作为一种常见的物理现象,带来的影响更多是负面的,如砂粒导致涡轮叶片的磨损,飞灰颗粒引起锅炉换热面结垢腐蚀等一系列问题。尽管吹灰方案的不断优化已经很大程度减少了飞灰沉积带来的负面影响,但仍有一些不可控或意外的问题存在。因此,归纳分析颗粒黏附行为规律对工程颗粒沉积的抑制具有重要意义。本文以锅炉飞灰沉积为主要背景,阐述了以惯性撞击为主导机制的颗粒黏附机理与特性,回顾了近年来对临界沉积标准的研究工作,重点剖析了沉积因素对颗粒黏附/反弹判据标准的影响,总结了颗粒剥离的主要判断准则,通过横向对比相关判据存在的问题与联系,说明了颗粒黏附判据标准的研究现状与存在的问题,为实现锅炉沉积的有效抑制及颗粒剥离理论的推广提供技术理论支撑。

颗粒撞击单颗粒覆层的数值计算

颗粒与壁面的惯性碰撞机制是换热管壁积灰的主要原因之一,且国内外对微米级颗粒撞击壁面过程的研究较少。本文对单颗粒撞击颗粒覆层的碰撞过程进行了数值计算。首先通过建立颗粒与壁面法向碰撞的动力学模型,对颗粒与壁面(或颗粒)之间的碰撞过程进行研究。对于颗粒与壁面(或颗粒)的碰撞过程,无阻尼耗散下,理论计算结果与数值计算结果一致。相对于仅考虑黏附剥离功的情况,阻尼耗散的存在使得临界捕集速度增加。在此基础上,研究了颗粒与颗粒覆层撞击后的颗粒运动情况。颗粒-颗粒(黏附)-壁面的法向碰撞过程由于黏附颗粒的加入变得更加复杂。计算发现,对于二氧化硅颗粒-二氧化硅颗粒(黏附)-不锈钢表面的碰撞过程,当入射速度大于0.7m/s时,黏附颗粒将从壁面脱离。

入射速度对颗粒/平板撞击过程影响的实验研究

以燃煤锅炉积灰为背景,对不同入射速度条件下SiO_2颗粒与光滑表面撞击特性进行实验研究。实验采用高速摄像机得到了颗粒法向的入射速度和反弹速度,重点研究了颗粒载体与撞击平台温差相同时,入射速度对粒径约为20μm颗粒的撞击特性影响。结果表明,不同温度场内颗粒法向恢复系数随法向入射速度的增大先急剧增大后平缓最后减小;颗粒入射法向速度相同时,法向恢复系数随平台温度的升高而减小;临界捕集速度随平台及气流的温度升高而增大。