多出口移动床布料与卸料行为的DEM模拟研究

来源 :沈阳化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:n62315942
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作为一种典型的气固反应器型式,移动床在化工领域得到了广泛的应用。移动床内的颗粒物料在重力作用下以紧密堆积的方式缓慢向下移动。由于颗粒物料的离散型和耗散性,呈紧密堆积状态的颗粒物料内部应力分布呈现显著的空间非均匀性,这种非均匀性有可能会导致颗粒物料流动的不连续、不稳定。因此,深入认识移动床内颗粒物料的复杂流动力学特性,对于移动床装置的设计、优化和放大无疑具有重要的意义。本论文工作针对的是某煤热解移动床装置。在实际操作过程中发现,由于煤颗粒粒径的宽分散性,在单点布料过程中容易发生颗粒粒径分级。该布料料斗的下方对称布置八个煤热解移动床反应器,布料过程中形成的颗粒粒径分级导致这八个反应器中颗粒粒径存在差异。针对该煤热解移动床装置的优化需求,本论文工作主要从布料过程中的颗粒粒径分级和卸料过程中出口间距如何影响卸料行为两方面展开了三维离散单元法数值模拟工作,论文主要研究结果如下:(1)布料过程中的颗粒分级与大小颗粒的粒径比(d L/ds)密切相关。当粒径比为2时,布料过程中颗粒分级现象不明显,两种颗粒的混合状态近似等价于布料点处的颗粒混合状态;当粒径比为5时,出现了明显的颗粒分级,小颗粒富集于布料点的正下方,而大颗粒主要分布在远离布料点区域。在d L/ds=5情况下,将布料点由单点改为两点后,尽管颗粒分级仍然存在,但如沿水平方向将颗粒物料均分四等份后,每一等份的大小颗粒百分比近似相同,从而能够确保料斗下方四个移动床反应器内颗粒粒径分布近似相同。(2)对于两出口且出口尺寸相等的移动床装置,出口处颗粒物料的流量与两个出口之间的间距直接相关。随着出口间距的减小,颗粒流量呈现先近似保持恒定后迅速增大的变化趋势。分析结果表明,尽管出口间距的减小不影响出口处平均固含率,但会导致出口处颗粒速度增大,从而导致流量增大。傅里叶频谱分析结果表明,在卸料过程中,流动区内颗粒速度呈现了非随机波动,表现为颗粒速度的时间信号具有一特征频率。延迟相关性分析结果表明,这种规律性波动源自于出口上方某一特定位置,该位置近似对应文献中报道的“free-fall arch”位置。对不同出口间距模拟算例的分析结果表明,出口间距对颗粒流量的影响主要是因为间距的减小提升了“free-fall arch”的高度,从而导致出口处颗粒速度增大。
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