自由下落顆粒流擴(kuò)散及產(chǎn)塵特性研究-.pdf

1、在冶金、醫(yī)藥、水泥、化工、食品等行業(yè)存在散裝物料轉(zhuǎn)運(yùn)、輸送、裝料、卸料等過程。通常情況物料均是借助重力作用自由下落到受料口或者輸送皮帶上。伴隨這些過程產(chǎn)生的粉塵是工業(yè)建筑環(huán)境最重要的污染物之一。由于現(xiàn)在越來越多的生產(chǎn)過程從室外向室內(nèi)轉(zhuǎn)移，在建筑圍合空間中粉塵會(huì)不斷累積，導(dǎo)致整個(gè)建筑室內(nèi)的總體污染加劇，極度影響生產(chǎn)安全及工人的身心健康。粉塵污染尤其對(duì)近距離接觸散裝物料的工人危害極大。在現(xiàn)有的通風(fēng)技術(shù)和方法的基礎(chǔ)上，實(shí)際運(yùn)行的系統(tǒng)依然存在不

2、能高效解決粉塵污染的問題。掌握物料下落過程中顆粒流遷移特性是解決粉塵合理與高效控制問題的關(guān)鍵因素之一。因此，本文在探討了產(chǎn)塵機(jī)理的基礎(chǔ)上，通過高速攝像儀得到的顆粒流下落過程及沖擊下墊面后的流動(dòng)擴(kuò)散特性以及含塵氣流的遷移規(guī)律，對(duì)顆粒流產(chǎn)塵特性進(jìn)行了深入研究，該研究結(jié)果對(duì)于實(shí)現(xiàn)高效控制粉塵及精細(xì)化設(shè)計(jì)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　為了研究不同物料下落顆粒流動(dòng)狀態(tài)的差異，選取氧化鋁、氟化鋁、二氧化硅及玻璃微珠四種工業(yè)生產(chǎn)中常用的代表性物料的

3、相關(guān)物性參數(shù)進(jìn)行分析。氧化鋁與氟化鋁平均粒徑分別為56.02μm和61.32μm，二者的球形度?大約為0.83~0.96；1＃二氧化硅平均粒徑為312.5μm，2＃二氧化硅平均粒徑是133μm，二氧化硅的球形度?大約為0.543~0.691；1＃及2＃玻璃微珠物料平均粒徑是303.7μm和127.7μm，3＃玻璃微珠平均粒徑為81.84μm，玻璃微珠的球形度為1。氧化鋁與氟化鋁的平均粒徑相當(dāng)，1＃二氧化硅與1＃玻璃微珠的粒徑相當(dāng)，2＃二

4、氧化硅與2＃玻璃微珠的粒徑相當(dāng)。
　　通過高速攝像儀對(duì)顆粒流軸向和徑向流動(dòng)規(guī)律進(jìn)行研究。根據(jù)顆粒流的流動(dòng)受力及流動(dòng)狀態(tài)的差異，對(duì)自由下落顆粒流沿軸向依次出現(xiàn)的三個(gè)流段進(jìn)行了定性分析并做了定量描述。根據(jù)顆粒流徑向分布的差異，得到了顆粒流的擴(kuò)散直徑、邊界層半寬度和無量綱核心直徑隨下落高度更加合理的變化規(guī)律，前二者均遵循sigmoidal分布中的boltzmann模型；后者呈冪函數(shù)規(guī)律變化。
　　闡明了顆粒流斷面軸向速度呈高斯分布

5、，且具有自相似性。而顆粒流軸心速度隨著流段不同其變化規(guī)律也不同：從穩(wěn)定段進(jìn)入過渡段顆粒流的軸心速度逐漸增大且基本等于真空中顆粒流的流動(dòng)速度；處于擴(kuò)散段時(shí)軸心速度隨著高度增加而逐漸降低并且逐漸接近最終沉降速度，介于二者之間時(shí)顆粒流軸心速度先增后減。顆粒流斷面徑向速度基本呈線性分布。
　　之后，根據(jù)顆粒流在壁面的流動(dòng)狀態(tài)的差異，將下落高度較低時(shí)顆粒流沖擊下墊面后的運(yùn)動(dòng)分為三個(gè)過程：首個(gè)“環(huán)形粒躍”形成過程、“環(huán)形粒躍”收縮累積過程及料

6、堆增大過程。首個(gè)“環(huán)形粒躍”的半徑隨下落高度均呈線性增長(zhǎng)，“環(huán)形粒躍”累積高度隨著徑向位移符合冪函數(shù)關(guān)系，下落高度對(duì)其影響最大，粒徑對(duì)其影響較小，而出流口徑基本沒有影響。顆粒流攜帶卷吸氣流沖擊下墊面后卷吸氣流成渦形式沿水平方向向外擴(kuò)散，渦半徑(yv)隨著水平位移(xv)的增大呈指數(shù)形式變化，在本研究范圍內(nèi)其基本不受顆粒流下落高度及粒徑的影響。
　　最后，分別利用地面及水面作為下墊面對(duì)比量化不同流段時(shí)下落及碰撞產(chǎn)塵的差異。當(dāng)顆粒流處