竖直管内颗粒流动的PIV测试

摘要

本文旨在为下降管式热解液化装置内生物质颗粒、陶瓷球颗粒及二者混合颗粒的流动特性提供理论支持以优化其设计. 在总结国内外相关文献的基础上，根据PⅣ测试的要求设计制造了下降管式热解液化装置的竖直管冷态模拟装置，并选择玉米秸秆颗粒、陶瓷球颗粒及二者混合颗粒作为研究对象. 对竖直管冷态模拟装置内流场进行了理论分析，得出本实验条件下其流场内的流动状态为紊流，且其流动可分为三个阶段:射流段，过渡段和紊流段. 在抽气流量为9.0m<'3>/h时，对测试结果进行分析得出了100目的玉米秸秆颗粒、粒径为1.0-2mm的陶瓷球颗粒及二者的混合颗粒在竖直管内的涡量、轴向速度的分布特点；并得出陶瓷球的轴向中心速度的平方与下降的距离成y=13.372x-0.1703的直线关系，说明其运动是一匀加速运动；陶瓷球轴向中心速度和下降距离成y=-2.5687x-1.0285的直线关系，速度随着距离的增大而增大，而玉米秸秆颗粒和混合颗粒的轴向中心速度和下降距离分别成y=0.04071nx-0.7508和y=0.07171nx-0.6871的对数关系，其速度却是先减小后又稳定，这主要是下料口射流的影响. 对重力作用下粉体颗粒的流动规律进行了理论分析；比较分析了竖直管自由端和抽真空时的玉米秸秆颗粒、陶瓷球颗粒及二者混合颗粒轴向速度的分布差异:自由端时的玉米秸秆颗粒轴向速度在径向上的分布比较像一个浴盆，而抽真空时则比较类似于抛物线；两种实验条件下的陶瓷球运动规律基本无变化，这主要是由于重力的作用在颗粒流动中起主导作用；混合时，自由端时的轴向速度差不多是抽真空时的两倍. 此外，本文还从图像采集和图像处理两个角度，总结了竖直管进行颗粒流的PW测量的经验.文章最后总结了实验中存在的问题，并对下一步研究提出了建议.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

1.1研究背景及问题的提出

1.1.1化石能源面临的危机

1.1.2生物质新能源的发展

1.1.3问题研究的必要性

1.2课题来源、研究内容及意义

1.2.1课题来源

1.2.2研究内容

1.2.3课题意义

第二章颗粒流的PIV测量技术综述

2.1流动测量技术的发展

2.1.1流动测量技术的发展历程

2.1.2流动测量技术的新发展

2.2 PIV技术特点

2.3 PIV图像处理算法

2.4两相粒子成像技术

2.4.1影响粒子成像的因素

2.4.2两相速度同时测量的图像处理方法

2.5颗粒流的PIV测量的国内外研究现状

2.6本章小结

第三章PIV实验的准备

3.1PIV实验装置的组成

3.1.1 PIV系统的组成

3.1.2实验装置

3.1.3实验仪器

3.2实验方法

3.3实验物料的制备及实验过程

3.3.1实验物料的制备

3.3.2实验过程

3.4本章小结

第四章竖直管内颗粒流场的PIV测量

4.1对竖直有机玻璃方管进行PIV测量的方法研究

4.2 PIV测试中几个重要参数的选择方法

4.2.1双曝光延时时间和判读区大小的选择

4.2.2计算步长的选择

4.3竖直管内颗粒流PIV测量的喂料试验

4.4抽负压状态下竖直管内气流速度分布的理论研究

4.4.1竖直管内气流速度分布的理论分析

4.4.2射流段的速度分析

4.4.3稳定段的速度分析

4.4.4过渡段的速度分析

4.5竖直管内颗粒流的PIV测量分析

4.5.1实验参数的确定

4.5.2实验结果与分析

4.5本章小结

第五章两种不同实验条件下颗粒流动规律的研究

5.1自由端竖直管内颗粒流的PIV测试

5.1.1自由端竖直管颗粒流的PIV测试装置

5.1.2实验方法

5.2重力作用下粉体流动规律的理论分析

5.2.1颗粒的沉降现象

5.2.2沉降过程

5.2.3阻力系数和雷诺数

5.3两种不同实验条件下颗粒流的PIV测试分析

5.3.1生物质粉颗粒沉降速度理论值

5.3.2生物质粉颗粒轴向速度的分析

5.3.3陶瓷球轴向速度的分析

5.3.4同截面生物质粉与陶瓷球颗粒的轴向速度分析

5.3.5混合颗粒的轴向速度分析

5.6本章小结

第六章全文总结与下一步工作建议

6.1全文总结

6.2下一步工作建议

参考文献

致谢