细颗粒声场流态化特性研究

论文摘要

氮化硅是一种具备优异性能的陶瓷材料,其粉体的制备工艺有多种,其中,流化床中直接燃烧化合制取氮化硅粉技术比较容易实现工业化和大型化。由于硅粉原料的粒径较小,流化中易产生活塞流、沟流、团聚等现象,使得流化质量恶化。为改善流化状况,提出了外加声场强化流化的方法。本文通过冷态实验和理论模型推导相结合的方式,研究硅粉在声场流化床中的流化特性。论文工作主要包括三部分:(1)综述了国内外改善细颗粒流化质量方法的研究现状,分析各种方法的特点。声场流态化以其不受物料限制、结构简单、效果明显的优点,最适用于氮化硅粉制备工艺。通过研究声场流态化领域取得的进展,了解不同声场因素的作用规律。(2)设计和搭建了声强化流化床冷态实验装置,包括流化床本体、声发生和声测试系统、压力测试系统。在该声强化流化试验台上进行了流化特性实验,研究声压级、声频率、声波形等声场参数和床高、粒径等物性参数对细颗粒流化质量的影响。得到如下结论:床高对临界流化速度几乎没有影响;声压级升高,临界流化速度下降;声频率存在一个界限,高于该界限时,对临界流化速度影响甚微,低于该界限时,临界流化速度陡降;相比三角波和方波,正弦波具有更好的作用效果;外加声场可以使难流化的C类颗粒流化,使易于流化的A类颗粒临界流化速度显著降低。综合比较得出实验条件下的最佳声参数为140dB、100Hz的正弦波。(3)根据能量平衡模型,推导出细颗粒临界流化速度的计算公式,对A类颗粒在较宽的频率范围内适用。并可用来预测不同温度下的临界流化速度。论文通过实验和理论研究,得到声场对流化质量的影响规律,不仅为硅粉氮化研究提供依据,还可为声场流态化的进一步研究和应用奠定基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 图目录
• 表目录
• 符号表
• 第1章 绪论
• 1.1 流化床概述
• 1.1.1 流化床的产生和发展
• 1.1.2 流化床的特点
• 1.1.3 流化质量判断方法
• 1.1.4 临界流化速度的概念
• 1.1.5 流化床Geldart颗粒分类
• 1.2 声场流态化综述
• 1.2.1 改善流化质量的方法
• 1.2.2 声学基本概念
• 1.2.3 声场流态化研究现状
• 1.3 聚团流化模型
• 1.4 本文研究的目的和内容
• 1.5 本章小结
• 第2章 实验装置和方法设计
• 2.1 实验装置本体设计
• 2.1.1 床体
• 2.1.2 布风板
• 2.1.3 除尘器
• 2.2 实验测试系统设计
• 2.2.1 流化气体控制系统
• 2.2.2 声发生和声测量系统
• 2.2.3 压力测量系统
• 2.3 实验原料
• 2.3.1 颗粒尺寸测量方法
• 2.3.2 硅粉颗粒粒径分析
• 2.3.3 硅粉水分分析
• 2.4 实验工况
• 2.5 本章小结
• 第3章 实验数据处理与分析
• 3.1 实验数据处理
• 3.2 实验结果分析
• 3.2.1 临界流化速度估算和比较分析
• 3.2.2 床高对临界流化速度的影响分析
• 3.2.3 声压级对临界流化速度的影响分析
• 3.2.4 声频率对临界流化速度的影响分析
• 3.2.5 波形对临界流化速度的影响分析
• 3.2.6 声场对其他现象的影响分析
• 3.2.7 粒径对临界流化速度的影响分析
• 3.2.8 其它
• 3.3 本章小结
• 第4章 声场流化理论研究
• 4.1 能量平衡模型的建立
• 4.2 模型分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 全文总结
• 5.1 本文主要研究结果
• 5.2 本文研究的创新之处
• 5.3 本文研究展望和不足
• 参考文献
• 附录 各工况下的床层压降-风速曲线及临界流化速度
• 致谢