磁流化床因其振動小、噪聲小、裝卸方便、高傳質(zhì)、高傳熱速率等突出優(yōu)點(diǎn)而得到國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。為了研究顆粒在磁流化床中的運(yùn)動行為并促進(jìn)實(shí)際生產(chǎn),針對顆粒在流化床中的流動特性,國內(nèi)外學(xué)者開展了大量的科研工作。但其在微重力領(lǐng)域仍有不小的局限性,而且,目前大多數(shù)的研究主要針對于單組份顆粒磁流化床,但實(shí)際不可避免會有多種組份顆粒共同出現(xiàn)。因此,本課題以磁性與非磁性兩種顆粒為研究對象,應(yīng)用數(shù)值模擬的方法對微重力條件下雙組份顆粒在磁場流化床內(nèi)的流動特性進(jìn)行分析,獲得顆粒系統(tǒng)中氣固兩相流體動力特性。本文以離散單元軟球模型為基礎(chǔ),將磁場力模型嵌入顆粒的受力模型中,得到磁性顆粒離散單元軟球模型,對氣相的數(shù)值求解中選用Navier-Stokes偏微分方程組,氣固相間曳力模型選取Gidaspow曳力模型,并進(jìn)行數(shù)值模擬模型驗證。應(yīng)用建立的添加磁場力的離散顆粒軟球模型,對常重力條件下雙組份顆粒磁場流化床中顆粒流化行為進(jìn)行數(shù)值模擬,分析磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁場梯度、表觀氣速對雙組份顆粒系統(tǒng)顆粒分離特性的影響以及磁性顆粒受力情況。研究發(fā)現(xiàn),在本文研究工況條件下,適合的磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁場梯度、表觀氣速對顆粒分離效果具有較好... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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磁輔助氣化(MAG)工藝三步法[20]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1-2基于磁流化床2,4,6-三氯酚脫氯反應(yīng)裝置（左）和微球顆粒結(jié)構(gòu)示意圖（右）[27]國內(nèi)學(xué)者在該研究方向開展了相關(guān)研究。Chen等人[28]于2000年在研究Co-Ni雙金屬氣凝膠催化劑還原CO2生產(chǎn)甲烷時，在流化床反應(yīng)器上添加了磁輔助裝置。結(jié)果表明，床內(nèi)顆粒的流化質(zhì)量得到了改善，團(tuán)聚體的尺寸有所減小，相比于傳統(tǒng)流化床，甲烷的產(chǎn)率提高了7%-12%。此外，在50個小時的反應(yīng)中，催化劑的活性很穩(wěn)定。王之肖等人[29]于2005年對磁流化床強(qiáng)化煙氣脫硫的機(jī)理進(jìn)行了研究，通過實(shí)驗驗證了其可以提高半干法脫硫效率，并分析了其中的作用機(jī)理，顆粒流化質(zhì)量得到改善。姚桂煥等人[30]于2012年研究了磁場在鐵基SCR脫硝過程中的影響，通過添加磁場，流化床中的氣泡得到抑制，甚至消失，從而提高了氣固接觸效率。賀玉成等人[31]于2015年研究了羰基化合成碳酸二苯酯（Diphenylcarbonate，簡稱DPC）磁性催化劑制備及其在磁流化床中流動特性，DPC是合成工程塑料聚碳酸酯（PolyCarbonate，簡稱PC）的主要中間體，具有很高需求量。從目前的工業(yè)研究現(xiàn)狀來看，磁場流化床主要應(yīng)用在化學(xué)催化方面，且磁穩(wěn)定流化床的應(yīng)用頻率較高，旨在創(chuàng)造散式流化狀態(tài)，提高氣固之間的傳質(zhì)能力。在某些以鐵顆粒為催化劑的反應(yīng)器中，磁場還可提高其催化能力。1.2.2磁場流化床在實(shí)驗和數(shù)值模擬方面的研究現(xiàn)狀工業(yè)生產(chǎn)要有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)作為支持，國內(nèi)外學(xué)者通過實(shí)驗和數(shù)值模擬對磁場流化床進(jìn)行了較為系統(tǒng)全面的理論研究。Rosensweig[32]于1979年研究了散式流態(tài)化的磁穩(wěn)定性，基于磁極化應(yīng)力增強(qiáng)的運(yùn)動方程，通過數(shù)學(xué)穩(wěn)定性的分析預(yù)測散式流態(tài)化可以通過磁場作用實(shí)現(xiàn)。這是因為磁場作用可抵抗空隙擾動的增長，空隙率波動的傳播和衰減與流化系

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文7生了變化，從而改變了氣體的流動方式，從而影響傳熱系數(shù)；在磁控鼓泡床流域中，傳熱系數(shù)急劇增加，在氣速足夠大時趨于常數(shù)，而在混合物料磁流化床中傳熱系數(shù)的變化更加復(fù)雜。研究者們在重工業(yè)領(lǐng)域也開展了磁流化床相關(guān)研究，Mohanta等人[43]于2013年將磁流化床應(yīng)用在洗煤領(lǐng)域，煤粉分離器原理圖如圖1-3所示。對于洗煤過程，流化床的穩(wěn)定性是關(guān)鍵。其中，用于洗煤的氣固流化床為鼓泡流化床，中等大小的固體顆粒上下流動，出現(xiàn)固體的反向混合現(xiàn)象，造成床層不穩(wěn)定現(xiàn)象。研究發(fā)現(xiàn)，磁場作用的流化床能夠讓其更穩(wěn)定，抵抗空隙中擾動的增長，從而防止氣泡生長，并減少了固體顆粒的返混。磁場作用后，床層結(jié)構(gòu)由非有序結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚪Y(jié)構(gòu)，因此最大膨脹比比傳統(tǒng)流化床增大的幅度更大。該特性有利于在較寬的選礦范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)較穩(wěn)定的床層密度。圖1-3煤粉分離器原理圖[43]1.2.4磁場流化床在微重力或者變重力下的研究現(xiàn)狀目前關(guān)于微重力或者變重力下的磁場流化床研究，據(jù)已有文獻(xiàn)調(diào)研得知，其主要應(yīng)用在MAG技術(shù)上，Jovanovic等人[20]于1999年首次對該技術(shù)進(jìn)行了公開闡述，對目前其他廢物處理技術(shù)和MAG技術(shù)做了對比分析，由前文論述可知，其他方法都不適合在微重力環(huán)境下運(yùn)行；此外，該研究為之后的實(shí)驗工作打下了理論基礎(chǔ)，包括新型磁性顆粒的制作，梯度磁場產(chǎn)生裝置和反應(yīng)器系統(tǒng)的設(shè)計與制作（采用一系列線性的亥姆霍茲線圈產(chǎn)生恒定的軸向梯度磁場），并論證了MAG技術(shù)的可行性。Jovanovic等人[21]于2003年對MAG研究工作進(jìn)行了進(jìn)一步的匯報，制作了成形的磁反應(yīng)器裝置，并在一倍重力下進(jìn)行了磁流化床的流化過濾實(shí)驗，在微重力下進(jìn)行了磁場流化實(shí)驗。結(jié)果表明，在微重力環(huán)境下，未加磁場的流化床，在微重力?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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[2]外場作用下流化床中氣固兩相流動數(shù)值模擬[D]. 李響.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010
[3]磁流化床氣固兩相流動特性及其應(yīng)用的研究[D]. 王迎慧.東南大學(xué) 2005

碩士論文
[1]氧化羰基化合成碳酸二苯酯磁性催化劑制備及其在磁流化床中流動特性研究[D]. 賀玉成.武漢工程大學(xué) 2015
[2]微小磁流化床內(nèi)納米顆粒流動特性的數(shù)值模擬研究[D]. 劉金平.青島科技大學(xué) 2014



本文編號：3539462