锅炉换热器积灰仍是一个具有挑战性的问题,了解颗粒的撞击过程对研究灰沉积现象非常重要。本文借助先进的颗粒追踪技术——粒子阴影图像测速(PSV),在高温颗粒碰撞实验台进行煤灰颗粒与平面的惯性碰撞特性研究,并通过数值模拟手段对实验台颗粒撞击系统进行优化,为颗粒碰撞机理研究提供理论基础。首先,自主设计与搭建的高温颗粒碰撞实验台,并规划出多仪器联用方案,为颗粒碰撞特性研究提供基础性实验环境。该实验台可实现单个颗粒撞击平板,且碰撞条件可以控制,为研究颗粒碰撞特性提供丰富的实验环境。其次,对高温条件下二氧化硅颗粒(单一煤灰组分)的惯性碰撞特性进行分析,研究颗粒入射速度、粒径、炉膛温度与平台温度对颗粒法向恢复系数的影响。采用弹塑性撞击模型,结果表明:800℃时颗粒的法向恢复系数略高于500℃时;与颗粒温度相比,颗粒粒径对法向恢复系数的影响更为明显;大颗粒的法向恢复系数随法向入射速度的增加先增大后减小,而小颗粒的法向恢复系数变化不明显;热泳力相较平台杨氏模量变化对法向恢复系数产生更大影响,使二氧化硅颗粒法向恢复系数随平台温度的升高而升高。再次,以循环流化床锅炉中低温过热器积灰过程为研究背景,对高温条件下自主制备的准东煤灰颗粒的惯性碰撞特性进行分析,研究改变颗粒入射速度、粒径、炉膛温度对颗粒法向恢复系数的影响。结果表明,低速范围内颗粒的法向恢复系数随法向入射速度的增加而减少,而高速范围内颗粒的法向恢复系数随法向入射速度的增加不断减小并渐渐平缓;随着炉膛温度的升高,颗粒的法向恢复系数降低,曲线间的差距反映了颗粒的杨氏模量随着炉膛温度的升高而降低;随着颗粒粒径的升高,对应的颗粒法向恢复系数升高,曲线间的差距反映了颗粒粒径大小将影响颗粒的杨氏模量。最后,通过数值模拟的手段,对当前实验台颗粒撞击系统进行优化,分析不同入射位置、粒径、入射速度、撞击平台直径和喷嘴与撞击平台间距对颗粒入射角度影响。随着入射位置由喷嘴中心向两侧的偏移,颗粒入射角度增大,随着颗粒粒径和入射速度增大,颗粒入射角度减小;随着撞击平台在该直径范围的变化,颗粒入射角度没有明显影响;随着喷嘴与撞击平台间的间距的增大,颗粒入射角增大。由此可见,适当降低喷嘴与平台的间距并选取靠近中心位置的碰撞数据将有提升颗粒正碰率。