撞击流中颗粒旋转特性的研究

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气固两相撞击流以其独有的强化传热传质特性,被广泛应用于气流床气化炉等工业领域,其涉及多相流以及颗粒流体系统等多方面的内容,但目前对撞击流内颗粒相的研究还不是很完善。本文通过实验研究和数值模拟两种方法对撞击流中颗粒相的碰撞和旋转等相关问题进行了深入的研究。  为了研究撞击流中颗粒的旋转特性,设计并搭建了气固两相撞击流实验平台系统。以不同直径的球形氧化铝陶瓷颗粒和泡沫颗粒为固相材料,通过改变气相速度、加速管水平偏置角度、加料方式等条件,对撞击流内颗粒的旋转规律进行研究探索,得出不同实验条件下的颗粒旋转规律。使用高速摄像系统对撞击区域的颗粒运动过程进行记录,对拍摄到的图像进行后期分析,得出颗粒运动规律。结果表明:气固两相撞击流中颗粒旋转是存在的;撞击区域的颗粒旋转变化主要是由颗粒间的相互碰撞引起的;颗粒相互碰撞前后的转速变化大小与碰撞前的颗粒相对速度以及碰撞角度相关,碰撞前的相对速度越大,则碰撞后的转速变化越大;加速管与水平面的偏置角度不影响整个撞击区域的平均转速变化。  针对本文研究对象,结合商业软件,建立自编程考虑了颗粒旋转特性的气固两相撞击流数值模拟模型。使用实验数据对所建立的模型进行了验证。在所建模型的基础上,进行了大量的传统实验难以实现的模拟计算。分析了气固两相撞击流内气相场的速度分布、颗粒运动行为、碰撞点分布、颗粒旋转与颗粒在撞击区域的停留时间关系以及影响颗粒旋转的其他因素等。结果表明:颗粒的旋转对颗粒在撞击区域的运动轨迹影响很大;颗粒的碰撞及转速的变化大多发生在撞击区域中心点附近;相同情况下颗粒直径越小其碰撞后的转速变化越大;两侧加速管的加料速率越大,撞击区域中颗粒转速的平均值越大。
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