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振动流化床中纳米颗粒的流态化行为

作　者: 杨静思
导　师: 周涛
学　校: 中南大学
专　业: 化学工程
关键词: 纳米颗粒流态化振动流化床聚团聚团直径
分类号: TQ021
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

在传统流化床中考察了黏性纳米SiO₂、ZnO、TiO₂颗粒的流化性能,由于颗粒所特有的物理性质与表面性质,研究发现三种纳米颗粒在低表观气速下易形成活塞和沟流。随表观气速的增加,床内鼓泡加剧,活塞与沟流消失,床中均出现分层现象,扬析严重,流化效果较差。三种颗粒在振动流化床中均出现平衡压降高于床层重力产生的压降的现象。振动有效地减小了聚团尺寸,提高了床层的气含率,明显改善了流化效果。恒定振幅（3mm）下,振动频率的增加可显著降低纳米颗粒的最小流化速度。与无振动时相比,频率为40Hz时纳米SiO₂的最小流化速度可降低50%;而恒定频率（40Hz）下,振幅的变化对最小流化速度的影响并不是很大。不同高径比下SiO₂物料流态化实验表明,初始颗粒床层高度对颗粒流化性能有较大影响。当床径为一定值（40mm）时,初始床层越高,振动波传播受到的阻碍越大,振动效果越不明显。本实验中,h_o/D=1时,纳米SiO₂的流化效果最好。振动和气速协同作用可以有效地抑制气泡的形成与合并。低气速、高振动频率或高气速、低振动频率都可以获得好的流化效果。与振动频率、振幅和气速相比,流化次数对黏性颗粒的流态化影响相对较微弱,由于在二次流化后形成相对较为稳定的聚团,故颗粒床流化性能基本上不再随流化次数的增加而发生较大改变。基于Ergun方程和Richardson-Zaki方程定义了两种聚团直径——最小流化速度聚团直径和终端速度聚团直径。通过计算,对黏性纳米聚团的减小进行了证实,并据此对聚团的合并与破碎进行了分析。计算结果与实验值一致。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章实验背景和文献综述  8-25
  1.1 引言  8-9
  1.2 气固流化质量的预测和评价  9-12
    1.2.1 准数判据  10-11
    1.2.2 颗粒特性判据  11-12
  1.3 气固流态化性能的表征与改善  12-15
    1.3.1 床层压降和床层膨胀曲线分析法  13
    1.3.2 颗粒设计  13
    1.3.3 内部构件和床型设计  13-14
    1.3.4 外力场法  14-15
  1.4 细颗粒振动流态化的研究进展  15-24
    1.4.1 细颗粒振动流化床实验研究  16-19
    1.4.2 细颗粒振动流态化的模型研究  19-24
  1.5 选题意义  24-25
第二章实验  25-29
  2.1 振动对纳米颗粒床层的作用机理  25-26
  2.2 实验装置及原料  26-27
  2.3 操作条件和实验方法  27-29
第三章振动对纳米颗粒流化性能的改善  29-57
  3.1 纳米颗粒在传统流化床中的流化性能  29-31
    3.1.1 纳米SiO_2的流态化  29-30
    3.1.2 纳米ZnO的流态化  30-31
    3.1.3 纳米TiO_2的流态化  31
  3.2 振动频率对纳米颗粒流化行为的影响  31-36
  3.3 振幅对纳米颗粒流化行为的影响  36-39
  3.4 高径比对纳米SiO_2流化行为的影响  39-41
  3.5 振动频率和气速对纳米颗粒流化的协同作用  41-45
    3.5.1 不同气速下振动对床层膨胀的作用  41-43
    3.5.2 振动频率的升高与降低对床层膨胀的作用  43-45
  3.6 流化次数对纳米颗粒流化行为的影响  45-52
  3.7 纳米颗粒在振动流化床中的流化性能  52-55
    3.7.1 纳米SiO_2的振动流态化  53
    3.7.2 纳米 ZnO的振动流态化  53-54
    3.7.3 纳米 TiO_2的振动流态化  54-55
  3.8 小结  55-57
第四章振动流化床中纳米颗粒聚团减小模型  57-64
  4.1 纳米颗粒的散式化程度  57-60
  4.2 纳米颗粒聚团的减小  60-62
  4.3 小结  62-64
结论  64-65
展望  65-66
符号说明  66-67
参考文献  67-72
致谢  72-73
攻读学位期间主要研究成果  73

振动流化床中纳米颗粒的流态化行为

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