在內(nèi)徑40mm的流化床實(shí)驗(yàn)臺(tái)上,研究SiO₂、Al₂O₃和TiO₂3種納米顆粒在振動(dòng)輔助流化時(shí)不同振幅、頻率下的流化特性,比較振動(dòng)對(duì)不同黏性納米顆粒流化的改善程度及原因。結(jié)果表明,在無(wú)振動(dòng)條件下,SiO₂納米顆粒達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)表現(xiàn)為散式流態(tài)化;Al₂O₃和TiO₂納米顆粒在流化床底部形成較大的聚團(tuán),導(dǎo)致明顯的流化分層現(xiàn)象。在振動(dòng)條件下,SiO₂納米顆粒的臨界流化速度降低,床層膨脹高度隨著振幅和頻率的增加而降低;而對(duì)于Al₂O₃和TiO₂顆粒,隨著振幅和頻率的增加,臨界流化速度降低,床層膨脹高度增加,流化床底部的聚團(tuán)尺寸減小,但當(dāng)頻率和振幅較低時(shí),振動(dòng)對(duì)其流化行為無(wú)明顯改善。振動(dòng)強(qiáng)化了納米顆粒聚團(tuán)的碰撞,具有促進(jìn)聚團(tuán)破碎和密實(shí)化的雙重作用。針對(duì)不同黏性的納米顆粒,若要達(dá)到最優(yōu)的流化質(zhì)量,需要探索不同的振動(dòng)參數(shù)。 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)學(xué)報(bào). 2020,37(02)北大核心CSCD

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實(shí)驗(yàn)裝置圖

如圖2(b)和2(c)所示，Al2O3和Ti O2兩種納米顆粒的流化過(guò)程與Si O2存在一定差異。表觀氣速較低時(shí)，首先出現(xiàn)部分物料懸空，隨著氣速增加，床內(nèi)出現(xiàn)裂紋甚至貫通的凹坑，床層壓降減小，而此時(shí)流化床底部有大量毫米級(jí)的聚團(tuán)且部分床料處于固定狀態(tài)，僅床層上部的物料被流化。繼續(xù)增加風(fēng)速，床內(nèi)出現(xiàn)氣泡，床層上界面模糊，起伏劇烈，表現(xiàn)為鼓泡流化，揚(yáng)析現(xiàn)象嚴(yán)重，并且在流化床的底部仍然觀察到大量約1～2 mm的聚團(tuán)。因此，Al2O3和Ti O2兩種納米顆粒比SiO2納米顆粒難流化。這是由于納米顆粒之間的黏性力較大，其在流化床中以單級(jí)或多級(jí)聚團(tuán)(一次聚團(tuán))[22]形式存在，聚團(tuán)之間由于黏性力而形成的緊密網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(二次聚團(tuán))[22]需要一定的力才能被破壞[23]。表觀氣速較低時(shí)，流化風(fēng)引入的能量對(duì)聚團(tuán)結(jié)構(gòu)的破壞能力有限，氣體無(wú)法穿過(guò)較密實(shí)的聚團(tuán)，從而引起床料懸空現(xiàn)象和較大的床層壓降。隨著氣速增加，氣體對(duì)聚團(tuán)破碎的作用增強(qiáng)。Al2O3和Ti O2納米顆粒間的黏性力相對(duì)Si O2納米顆粒較大，從而導(dǎo)致Al2O3和Ti O2兩種納米顆粒具有較高的臨界流化速度和較大的流化聚團(tuán)。需要注意的是，即使相同種類和原生粒徑的顆粒，由于生產(chǎn)廠家、儲(chǔ)存等不同因素也會(huì)影響聚團(tuán)初始結(jié)構(gòu)，對(duì)流化行為也有一定的影響。2.2 振動(dòng)流化床中納米顆粒的流化

當(dāng)表觀氣速較低時(shí)，3種納米顆粒的床層膨脹比均比無(wú)振動(dòng)時(shí)有所增加，且隨振幅的增加而增加，因此振動(dòng)能一定程度地破壞納米顆粒聚團(tuán)，有利于提高流化質(zhì)量。當(dāng)表觀氣速較高時(shí)，Al2O3和Ti O2納米顆粒的床層膨脹高度隨著振幅的增加而增加，且聚團(tuán)尺寸隨之減小，而SiO2納米顆粒的床層膨脹高度卻隨著振幅的增加而有所減小。這是由于在無(wú)振動(dòng)條件下Si O2納米顆粒的床層膨脹比已較大，而振動(dòng)強(qiáng)化了聚團(tuán)之間的碰撞，促進(jìn)了聚團(tuán)的密實(shí)化。而對(duì)于另外兩種顆粒，碰撞主要起到破壞聚團(tuán)結(jié)構(gòu)的作用。此外，當(dāng)振幅較低(0.5 mm)時(shí)，雖然Al2O3和Ti O2顆粒的床層膨脹有一定增加，但是床層底部仍然存在肉眼可見(jiàn)的較大尺寸的聚團(tuán)。圖4 Si O2、Al2O3和Ti O2納米顆粒的床層膨脹比(f=20 Hz)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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