论文总字数：20415字

摘 要

由于高效的传热传质能力以及处理大批量工业颗粒的能力，流化床反应器在各个领域的工业生产过程中得到了广泛的应用。另一方面，由于条件和环境的不同，颗粒的流动性质往往会产生不同的变化，从而影响了反应效率和流化床的稳定运行。因此，本文以液桥力和固桥力为代表的接触式粘性力作为研究对象，探究含液颗粒间接触式粘性力对流化特性的影响规律。在研究初始阶段，以理论研究为主，通过阅读相关论文和书籍，了解碰撞过程的液桥的形成与发展，初步建立起含液颗粒在碰撞过程中的力学模型，并以恢复系数作为对颗粒在覆盖有液膜的平板的碰撞过程中的能量损失进行描述，从而分析出影响颗粒碰撞特性的主要因素：液膜的厚度、粘度以及颗粒的碰撞速度。然后，选取Al₂O₃颗粒作为碰撞颗粒，设计并搭建颗粒-平板含液碰撞实验系统，通过高速摄像机记录不同液膜厚度、粘度和碰撞速度下的颗粒运动图像，并且利用MATLAB语言对不同时刻的颗粒图像进行处理，计算颗粒运动速度，对动能损失进行比较。实验结果表明，液桥厚度和粘度越大，能量损失越大。而颗粒碰撞速度越大，能量损失越小。同时,厚度，粘度，颗粒速度也会对液桥的形成和破裂产生一定的影响。

关键词：颗粒碰撞，液桥，恢复系数，能量损失

Abstract

Due to the high efficiency of transferring heat and mass as well as the ability to deal with large quantity of particles, fluidized bed reactors are widely used in the industrial production process of various fields. On the other hand, as a result of different conditions and environment, the property of fluid particles varies greatly, which has a influence on the reaction efficiency and the stability of fluidized bed. Therefore, this thesis chooses contact cohesive force of liquid or solid bridge force as the main research object, investigating the influence law that particle contact cohesive force exert on flow behaviour. At the beginning of the research, the theoretical investigation plays the leading role. Referring to relevant books and articles helps learn more about the formation and development of liquid bridge during the collision process. Besides, the mechanical model of particle collision is initially established. Additionally, the restitution coefficient is used to describe the energy loss in the collision of particles and plate covered with liquid layers, thus figuring out the key factor of particle collision: liquid viscosity, layer thickness and collision velocity. Then,Al₂O₃ is chosen as the collision particles. A particle-plate collision system with liquid is designed and constructed where high speed camera records the particle movement image with different liquid viscosity, layer thickness and collision velocity. Moreover, MATLAB is employed to address images of different moments, calculate particle viscosity and compare the energy loss. The research shows that the energy loss increases with higher liquid viscosity and layer thickness, while decreases with increasing collision velocity. Meanwhile, liquid viscosity. layer thickness and collision velocity affect the formation and break of liquid bridge.

KEY WORDS: particle collision, liquid bridge, restitution coefficient, energy loss

目 录

摘要 III

Abstract IV

第一章 绪论 1

1.1 流化床中颗粒的应用 1

1.1.1 颗粒分类 1

1.1.2 干式碰撞 1

1.1.3 浸没碰撞 2

1.1.4 含液碰撞 2

1.2 本文的研究目的和主要研究内容 2

1.2.1 研究目的 3

1.2.2 研究内容 3

第二章 含液碰撞特性的理论研究 3

2.1 液桥特性 4

2.1.1 浸入阶段 4

2.1.2 形成阶段 4

2.1.3 发展阶段 4

2.1.4 破裂阶段 4

2.2 颗粒与液体层碰撞的力平衡 4

2.2.1 表面张力 5

2.2.2 浮力 5

2.2.3 阻力 5

2.2.4 接触力 6

2.2.5 粘性力 6

2.2.6 静态液桥力 7

2.2.7 重力 7

2.3 碰撞阶段模型 7

2.3.1 浸没阶段 8

2.3.2 接触阶段 9

2.3.3 反弹阶段 9

2.3.4 结论 9

第三章 颗粒含液碰撞实验 11

3.1 实验材料的选择 11

3.1.1 实验颗粒 11

3.1.2 液膜 11

3.2 实验平台的搭建 11

3.3 实验过程 12

3.4 实验数据处理 12

第四章 数据分析和总结 14

4.1 干式碰撞与含液碰撞的对比 14

4.2 液桥形态 14

4.2.1 液膜厚度对液桥形态的影响 14

4.2.2 液膜粘度对液桥形态的影响 15

4.2.3 液桥几何形态 16

4.3 碰撞恢复系数 17

4.3.1 液膜厚度和粘度对系数的影响 17

4.3.2 碰撞速度对碰撞恢复系数的影响 17

4.4 斜向碰撞的探究 18

4.4.1 颗粒的运动轨迹 18

4.4.2 斜向碰撞中的液桥形态 19

4.4.3 斜向碰撞与碰撞恢复系数 20

第五章 结论 22

致 谢 23

参考文献 24

绪论

流化床中颗粒的应用

在各种工业过程中常见的是将少量颗粒添加到颗粒体系中，例如颗粒合成和表面改性，药学和食品加工。通过将颗粒涂覆成液体层而引起颗粒之间的内聚力，从而导致例如料斗中干粒子的不同流动行为。流化床将工业生产中需要的各种颗粒置于运动的流体中，使得颗粒具备了与流体相似的某些特征，便于进行各种生产操作，这便是固体流态化。由于流化床内部良好的传热传质能力，以及流化床能够分批次处理大量固体颗粒的能力，流化床反应器在各个领域的工业生产过程中得到了广泛的应用。随着处理手段的多样化，不同的固体颗粒的性质往往会发生改变，在某些情况下甚至会影响工业生产。其中具有代表性的是颗粒与颗粒，颗粒与平板的碰撞中的粘性力，会影响流化床内颗粒的流动，从而降低反应速率和流化床的稳定运行。

这些碰撞发生在干燥或潮湿的条件下，这在碰撞过程中会显着影响能量转移和耗散。如果颗粒事先被弄湿或在过程中被弄湿，液相中的额外能量损失和碰撞伙伴之间的液体传质发生。这些碰撞过程中的能量损失对于粒子动力学的正确模拟是重要的。恢复系数广泛用于表征涉及粒子碰撞的数值模拟中的能量耗散率。通过改变不同的参数计算比较恢复系数，从而得到在不同条件下的能量损失。

颗粒分类

在工业的发展过程中，根据干燥潮湿情况以及碰撞过程的复杂程度，人们对颗粒碰撞特性的研究主要可以分为三个阶段：“干式碰撞”、 “浸没碰撞”和“含液碰撞”。

干式碰撞

干式碰撞是颗粒碰撞中最为简单的一种形式，即不含任何液体成分的条件下，颗粒与颗粒之间的碰撞以及颗粒与平板之间的碰撞。在碰撞过程中需要考虑颗粒表面的形变、颗粒与平板各部分的压力分布以及碰撞中的动能损耗。根据过程中的动能损耗可以分为完全弹性碰撞和非弹性碰撞。根据碰撞过程的颗粒的形状变化可以分为完全弹性碰撞、弹塑性碰撞以及粘弹性碰撞。除此之外根据碰撞方向也可以分为法向碰撞和斜向碰撞，在本次研究过程中，由于斜向碰撞较为复杂，主要研究法向碰撞。而对于法向干式碰撞可以经典的赫兹接触理论对整个碰撞过程进行分析，从而得知接触面的应力和形变。接触压力分布和法向压缩量为：

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：20415字