顧叢匯,姚壽廣,袁竹林

(1.江蘇科技大學(xué) 能源與動力工程學(xué)院,鎮(zhèn)江 212003)(2.東南大學(xué) 能源與環(huán)境學(xué)院,南京 210096)

轉(zhuǎn)筒烘干機(jī)具有處理能力大、可操作性強(qiáng)、密封性好、燃料消耗低等優(yōu)勢,被廣泛應(yīng)用于化工、食品、水泥、冶金、礦產(chǎn)等領(lǐng)域[1]．濕顆粒在轉(zhuǎn)筒烘干機(jī)內(nèi)的干燥過程不僅與氣-固兩相間的熱質(zhì)傳遞有關(guān),還涉及復(fù)雜的多相流動問題．顆粒的流動特性可直接影響其傳熱傳質(zhì)效率,尤其是針對柔性顆粒，其中,以柔性纖絲狀顆粒為代表,其形狀細(xì)長,在結(jié)構(gòu)上異于粉末狀或球形顆粒,因此大大增加了纖絲狀顆粒在多相流動過程中受力和碰撞的復(fù)雜性和研究難度,轉(zhuǎn)筒烘干機(jī)內(nèi)部的氣固兩相流動問題引起了國內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注[2-3]．

目前,由于計(jì)算機(jī)高速發(fā)展以及受到傳統(tǒng)測試手段的限制,對轉(zhuǎn)筒烘干機(jī)內(nèi)部顆粒運(yùn)動規(guī)律的研究大部分基于數(shù)值模擬方法[4-9]，但對纖絲狀顆粒運(yùn)動的理論研究還不夠完善,尤其是在大量絲狀顆粒運(yùn)動方面,很多問題有待于進(jìn)一步研究和探討．

文中采用實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的技術(shù)路線,研究纖絲狀生物質(zhì)顆粒在冷態(tài)轉(zhuǎn)筒內(nèi)的流動狀態(tài)，當(dāng)纖絲狀生物質(zhì)顆粒大量存在與流場中,顆粒間非常容易出現(xiàn)聚集、纏繞和結(jié)團(tuán)等問題而影響其流動形態(tài)，因此提出了一種解決大量纖絲狀顆粒運(yùn)動特性的數(shù)值建模與計(jì)算的新方法，將堆積后的若干纖絲狀生物質(zhì)顆粒視為“虛擬顆粒團(tuán)”來處理，同時(shí)假設(shè)該顆粒團(tuán)內(nèi)所有顆粒的運(yùn)動狀態(tài)保持一致,位于顆粒團(tuán)內(nèi)的顆粒之間無干擾[10-12]．在上述運(yùn)動數(shù)學(xué)模型中,重點(diǎn)考察了重力、摩擦力、顆粒團(tuán)間碰撞力、氣固間相互作用力．利用Visual Basic程序語言對以上數(shù)理模型進(jìn)行編程求解．結(jié)合實(shí)驗(yàn)方法,驗(yàn)證該建模方法的合理性和可行性．通過數(shù)值模擬方法對纖絲狀顆粒在轉(zhuǎn)筒烘干機(jī)內(nèi)停留時(shí)間分布進(jìn)行分析，得出抄板結(jié)構(gòu)對纖絲狀顆粒的流動特性的影響規(guī)律．

1 計(jì)算模型和數(shù)值方法

在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中,常見的轉(zhuǎn)筒烘干機(jī)由回轉(zhuǎn)體、抄板、支架,以及傳動等裝置構(gòu)成．筒體與水平方向以一定角度傾斜,待干燥物料由較高一側(cè)端口進(jìn)入轉(zhuǎn)筒烘干機(jī),在抄板的作用下不斷地被抄起、拋灑,循環(huán)往復(fù)運(yùn)動直至到達(dá)另一側(cè)端口被排出．文中采用歐拉-拉格朗日相結(jié)合的數(shù)值模擬方法,研究纖絲狀顆粒在轉(zhuǎn)筒烘干機(jī)內(nèi)的運(yùn)動特性．

1.1 計(jì)算模型建立

當(dāng)大量的纖絲狀生物質(zhì)顆粒進(jìn)入轉(zhuǎn)筒烘干機(jī)時(shí),顆粒在運(yùn)動過程中極易出現(xiàn)纏繞,導(dǎo)致結(jié)團(tuán)后的顆粒群保持相同的運(yùn)動狀態(tài)繼續(xù)流動．因此,將相同運(yùn)動狀態(tài)的顆粒群視為一個(gè)“虛擬顆粒團(tuán)”,基于離散單元法,跟蹤計(jì)算每個(gè)“虛擬顆粒團(tuán)”的運(yùn)動軌跡．圖1為纖絲狀顆粒在轉(zhuǎn)筒烘干機(jī)內(nèi)運(yùn)動的物理模型．

圖1 纖絲狀顆粒在轉(zhuǎn)筒烘干機(jī)內(nèi)運(yùn)動的物理模型Fig.1 Physical model for flexible filamentous particle in a rotary dryer

在實(shí)際工藝過程中,團(tuán)聚后的顆粒團(tuán)之間仍會在運(yùn)動過程中發(fā)生碰撞．顆粒群在轉(zhuǎn)筒內(nèi)不斷地接觸,相互影響各自的運(yùn)動軌跡和流動狀態(tài),在此過程中產(chǎn)生的力屬于固體力．為了更好地計(jì)算多個(gè)顆粒團(tuán)碰撞后的運(yùn)動規(guī)律,采用軟球模型處理“虛擬顆粒團(tuán)”之間的碰撞．通過文獻(xiàn)[13],軟球模型是與實(shí)際情況最為吻合的一種處理顆粒碰撞的方法．因此，文中對顆粒運(yùn)動、氣相流動、顆粒團(tuán)間碰撞以及氣固間相互作用力展開分析,并建立數(shù)學(xué)方程．

1.1.1 顆粒動力學(xué)方程

基于離散單元法,考察每個(gè)計(jì)算時(shí)間步長中顆粒的受力情況,建立顆粒團(tuán)動力學(xué)方程．顆粒團(tuán)在氣相流場中的運(yùn)動分為平動和轉(zhuǎn)動．基于牛頓第二定律,可得:

(1)

(2)

式中：v為顆粒團(tuán)平動速度,m/s;g為重力加速度,g=9.8 m/s;Ftotal為顆粒團(tuán)受到的合外力,N;ω為角速度,rad/s;Ttotal為顆粒團(tuán)受到的合力矩,N·m;I為轉(zhuǎn)動慣量,kg·m2．

1.1.2 氣相流動數(shù)學(xué)方程

在復(fù)雜的氣固流動體系中,顆粒相和氣相場之間的運(yùn)動相互耦合．基于局部平均法[13-14],得到氣相場連續(xù)性方程和動量守恒方程:

(3)

εPgas+ερgasg+Sm

(4)

式中：ε為空隙率,%;ρgas為氣相密度,kg/m3;ugas為氣相速度,m/s;τgas為氣體應(yīng)力張量;Pgas為氣相壓力,Pa;Sm為源項(xiàng)．

1.1.3 顆粒團(tuán)碰撞作用力

在處理“虛擬顆粒團(tuán)”之間的碰撞問題時(shí)，假設(shè)“虛擬顆粒團(tuán)”與邊界之間發(fā)生碰撞且維持一定時(shí)間,使得“虛擬顆粒團(tuán)”在碰撞的過程中存在一定程度上的重疊．以顆粒團(tuán)i和顆粒團(tuán)j的碰撞為例．

首先,判斷顆粒團(tuán)之間的碰撞情況．若為彈性對心碰撞,如圖2．

圖2 對心碰撞Fig.2 Central collision

在該情況下,顆粒團(tuán)i和顆粒團(tuán)j在接觸點(diǎn)上發(fā)生彈性變形．對顆粒團(tuán)i而言,在運(yùn)動方向上受到顆粒團(tuán)j對其的阻力,反之亦然;該阻力與其法向變形位移和顆粒的剛度成正比關(guān)系．當(dāng)顆粒團(tuán)i達(dá)到最大變形時(shí)停止運(yùn)動,與此同時(shí),在上述阻力的作用下出現(xiàn)沿原運(yùn)動方向“反彈”的傾向．

若為偏心碰撞,顆粒團(tuán)碰撞前后如圖3．

圖3 偏心碰撞Fig.3 Eccentric collision

將碰撞接觸力fC,ij沿法向和切向劃分,其中,法向分力fCn,ij的作用與上文對心碰撞過程相似;切向分力fCt,ij使得顆粒團(tuán)在球心處產(chǎn)生一個(gè)力矩,發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動．在上述模型中,一旦涉及多個(gè)顆粒團(tuán)間相互碰撞時(shí),對各個(gè)顆粒團(tuán)之間的碰撞分別進(jìn)行計(jì)算,利用矢量疊加處理即可．

若i顆粒團(tuán)與j顆粒團(tuán)發(fā)生非完全彈性碰撞時(shí),碰撞后顆粒團(tuán)的動能會存在部分消耗．該部分損失量不僅與顆粒的物理特性和碰撞時(shí)顆粒間的相對速度緊密相關(guān),而且由顆粒團(tuán)碰撞后受到的反向作用力決定．顆粒團(tuán)在接觸面是否發(fā)生滑移由兩者之間的切向分力決定．若|fCt,ij|>μ|fCn,ij|,碰撞的顆粒團(tuán)在接觸面上發(fā)生滑移．當(dāng)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)的顆粒團(tuán)發(fā)生偏心碰撞時(shí),除了計(jì)算法向與切向位移之外,還需要得到顆粒自轉(zhuǎn)時(shí)刻在碰撞點(diǎn)處的切向速度．同理可得,當(dāng)多個(gè)顆粒團(tuán)發(fā)生碰撞時(shí),各參量采用矢量疊加法計(jì)算統(tǒng)計(jì)．

fC,ij=fCn,ij+fCt,ij

(5)

fCn,ij=(-knδn,ij-ηnvr,ij·nij)nij

(6)

fCt,ij=-ktδt,ij-ηtvs,ij

(7)

vs,ij=vr,ij-(vr,ij·n)n+r(ωi+ωj)·n

(8)

式中：δn,ij、δt,ij分別為顆粒團(tuán)的法向、切向變形量,m;kn、kt為法向、切向的彈性系數(shù);ηn、ηt為法向、切向的阻尼系數(shù),由恢復(fù)系數(shù)e等參數(shù)確定;vr,ij為兩個(gè)顆粒團(tuán)的相對速度,m/s;vs,ij為顆粒碰撞點(diǎn)的滑移速度,m/s;nij為單位法向量;ω為旋轉(zhuǎn)角速度,rad/s．

由于滑移而產(chǎn)生的切向分力為:

fCt,ij=-μs|fCn,ij|tij

(9)

式中：tij=vs,ij/|vs,ij|,μs為滑動摩擦系數(shù)．

1.1.4 氣-固間作用力

在氣固兩相流動系統(tǒng)中,氣-固間相互作用極其復(fù)雜,包括附加質(zhì)量力、浮力、巴賽特力、馬格努斯力、薩夫曼升力、曳力、壓力梯度力等作用力[15]．為了簡化數(shù)理模型,在現(xiàn)階段的研究中僅考慮顆粒與氣流之間的曳力,后續(xù)研究中會進(jìn)一步考慮其他氣固間作用力．當(dāng)氣流繞流顆粒團(tuán)且兩者存在速度差|uf-upi|,顆粒團(tuán)i受到的曳力記為FDi

(10)

CD=CDSPζ

(11)

式中:FDi為顆粒團(tuán)的曳力,N;uf為氣流速度,m/s;upi為顆粒團(tuán)沿氣流方向的速度,m/s;CD為顆粒團(tuán)曳力系數(shù),該曳力系數(shù)與雷諾數(shù)有關(guān),可由以下兩種方法計(jì)算得出:方法一,根據(jù)牛頓通過大量實(shí)驗(yàn)而獲取的數(shù)據(jù),并且經(jīng)過后人多次驗(yàn)證得出,雷諾數(shù)介于700～2×105之間,CD為常數(shù),即CD=0.44[15];方法二,由文獻(xiàn)[16]提出的公式計(jì)算得出；CDSP為基于統(tǒng)計(jì)的當(dāng)量球形顆粒的曳力系數(shù);ζ為非球形修正系數(shù),文中選擇表面粗糙的球形顆粒,ζ=2.42[16];A為顆粒團(tuán)的橫截面積,m2;ρ為顆粒團(tuán)密度,kg·m-3,模擬中采用纖絲狀顆粒的堆積密度．

(12)

(13)

1.2 算例驗(yàn)證

1.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置與設(shè)計(jì)

采用中試?yán)鋺B(tài)轉(zhuǎn)筒實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對纖絲狀生物質(zhì)顆粒的平均停留時(shí)間進(jìn)行測試，該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由喂料、傳輸、進(jìn)料和輸運(yùn)4個(gè)部分組成,實(shí)驗(yàn)裝置如圖4．采用的實(shí)驗(yàn)材料初始濕基含水率為15%,質(zhì)量流量為30 g·s-1;長度為14 mm,寬度為1 mm的柔性纖絲狀煙絲顆粒為實(shí)驗(yàn)原料,如圖5．

圖4 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖與裝置Fig.4 Experimental setup and its schematic diagram

(14)

1.2.2 模擬參數(shù)的確定

為了確定上述模型中“虛擬顆粒團(tuán)”的尺寸,隨機(jī)選用一組工況設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),基于冷態(tài)轉(zhuǎn)筒烘干機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺,以纖絲狀的煙絲顆粒為實(shí)驗(yàn)材料,測量煙絲顆粒在轉(zhuǎn)筒內(nèi)運(yùn)動過程中的平均停留時(shí)間．物理模型按實(shí)驗(yàn)尺寸構(gòu)建,計(jì)算顆粒在轉(zhuǎn)筒內(nèi)的平均停留時(shí)間,模擬條件如表1．

表1 數(shù)值模擬條件Table 1 Simulation condition

不難發(fā)現(xiàn):在相同的顆粒質(zhì)量流量條件下,“虛擬顆粒團(tuán)”的粒徑越大,模擬計(jì)算時(shí)間越短．當(dāng)“虛擬顆粒團(tuán)”粒徑低于0.03 m時(shí),轉(zhuǎn)筒內(nèi)的顆粒數(shù)量大,顆粒之間相互劇烈碰撞,導(dǎo)致其在轉(zhuǎn)筒內(nèi)的平均停留時(shí)間減少．

圖6 “虛擬顆粒團(tuán)”粒徑dv與平均停留時(shí)間關(guān)系Fig.6 Effect of suppositional particle group diameter on mean residence time

圖7 “虛擬顆粒團(tuán)”粒徑dv與模擬計(jì)算時(shí)間t的關(guān)系Fig.7 Effect of suppositional particle group diameter on simulating time

模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值偏差較大,單一工況所需模擬計(jì)算時(shí)間超過16 h．由圖6可見,當(dāng)“虛擬顆粒團(tuán)”的粒徑為0.03～0.045 m時(shí),模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的誤差均在可允許誤差范圍內(nèi),模擬計(jì)算時(shí)長為小于14 h．隨著“虛擬顆粒團(tuán)”粒徑的增加,在相同的質(zhì)量流量下,筒內(nèi)顆粒數(shù)量降低,顆粒間碰撞概率也隨之降低,模擬結(jié)果不滿足要求．

綜合考慮單一工況所需計(jì)算時(shí)間和顆粒平均停留時(shí)間這兩個(gè)主要參數(shù),文中模擬計(jì)算纖絲狀顆粒運(yùn)動狀態(tài)時(shí)選取的“虛擬顆粒團(tuán)”粒徑為0.03 m．

1.2.3 算例驗(yàn)證

根據(jù)所構(gòu)建的“虛擬顆粒團(tuán)”模型,計(jì)算顆粒在轉(zhuǎn)速N分別為7、10和13 r·min-1條件下的平均停留時(shí)間,將數(shù)值模擬結(jié)果分別與實(shí)驗(yàn)值和基于Friedman-Marshall模型[18]經(jīng)驗(yàn)公式(15)計(jì)算結(jié)果比較,結(jié)果如圖8．

(15)

圖8 纖絲狀顆粒平均停留時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)公式、實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果對比Fig.8 Comparison among empirical formula, experimental and numerical results on mean residence time of flexible filamentous particle

結(jié)果表明:通過F-M模型經(jīng)驗(yàn)公式所計(jì)算出的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之間的偏差較大,尤其是在轉(zhuǎn)速為7和13 r·min-1的情況下,兩者誤差超過20%．因此,傳統(tǒng)的F-M模型無法適用于纖絲狀這類非球形顆粒在轉(zhuǎn)筒干燥器內(nèi)的停留時(shí)間的預(yù)測．文中建立的數(shù)值模擬新方法得到的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)的誤差低于10%．由此可見，采用纖絲狀顆粒集合成“虛擬顆粒團(tuán)”的方法來解決大量纖絲狀顆粒的計(jì)算是滿足條件的，不僅可以用于工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模顆粒量的計(jì)算模擬,還能縮短數(shù)值模擬的計(jì)算時(shí)間,提高計(jì)算效率．

2 結(jié)果與討論

文中研究抄板結(jié)構(gòu)對纖絲狀顆粒運(yùn)動特性的影響,計(jì)算不同抄板高度(0.064、0.094、0.124、0.154 m)和抄板個(gè)數(shù)(2、4、6、8)條件下,纖絲狀顆粒的停留時(shí)間分布和平均停留時(shí)間與抄板結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系．

2.1 抄板高度對纖絲狀顆粒運(yùn)動特性的影響

纖絲狀顆粒在轉(zhuǎn)筒內(nèi)的停留時(shí)間分布(圖9)能夠清楚的展現(xiàn)出:在不同抄板高度的作用下,纖絲狀顆粒的停留時(shí)間分布結(jié)果呈正態(tài)分布,與文獻(xiàn)[19-21]對顆粒在轉(zhuǎn)筒干燥設(shè)備內(nèi)停留時(shí)間分布的研究結(jié)果相一致．

圖9 不同抄板高度下纖絲狀顆粒的停留時(shí)間τ分布曲線Fig.9 Effect of flight height on flexible filamentous particle residence time

在絲狀顆粒容積率為1.3%的情況下,當(dāng)抄板高度與轉(zhuǎn)筒內(nèi)徑之比a介于0.17～0.32之間,絲狀顆粒停留時(shí)間分布的位置參數(shù)μ(即用于描述正態(tài)分布集中趨勢的位置)大小隨抄板高度的增加而增加;顆?；旌暇鶆蛐暂^好,其平均停留時(shí)間增長緩慢,顆粒沿轉(zhuǎn)筒軸向擴(kuò)散速度減弱．當(dāng)a>0.32時(shí),顆粒停留時(shí)間分布更集中,μ值不升反降,顆粒在抄板上的停留時(shí)間快速增加,顆粒平均停留時(shí)間急劇增加,纖絲狀生物質(zhì)顆粒運(yùn)動一致性增強(qiáng)．抄板高度與轉(zhuǎn)筒內(nèi)徑之比與位置參數(shù)之間關(guān)系和變化規(guī)律如圖10．

圖10 抄板高度與轉(zhuǎn)筒內(nèi)徑之比a與位置參數(shù)μ之間的關(guān)系Fig.10 Effect of locate parameter on ratio of flight height and drum diameter

通過對纖絲狀顆粒在轉(zhuǎn)筒內(nèi)平均停留時(shí)間的實(shí)驗(yàn)和模擬分析可得:顆粒在轉(zhuǎn)筒內(nèi)的平均停留時(shí)間隨抄板數(shù)目的增加而增加,結(jié)果如圖11．文中由于忽略了絲狀顆粒在運(yùn)動過程中的團(tuán)聚程度、顆粒交換、重組等復(fù)雜因素,使得模擬得到的顆粒平均停留時(shí)間略低于實(shí)驗(yàn)值,但是該誤差值在可允許的范圍內(nèi)．在顆粒容積率<0.015、a>0.4的條件下,纖絲狀顆粒沿轉(zhuǎn)筒軸向擴(kuò)散速度降低,并且在該方向顆粒運(yùn)動一致性更好;顆粒在徑向作圓周運(yùn)動時(shí)間增加,顆粒群混合性較差,導(dǎo)致模擬結(jié)果高于實(shí)驗(yàn)值．

圖11 不同抄板高度下顆粒平均停留時(shí)間的數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比Fig.11 Comparison of numerical and experimental results on the mean residence time under the condition of flight height

因此，所建立的纖絲狀顆粒運(yùn)動模型在顆粒運(yùn)動平均停留時(shí)間和停留時(shí)間分布的模擬計(jì)算是合理的,當(dāng)a<0.32時(shí),抄板高度對顆粒平均停留時(shí)間的影響較小;當(dāng)a>0.32時(shí),纖絲狀顆粒在設(shè)備內(nèi)的停留時(shí)間分布更加集中．通過模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值的對比分析,文中方法可大大降低實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致的時(shí)間、資源和成本耗費(fèi),同時(shí)可為合理確定轉(zhuǎn)筒抄板高度范圍以便優(yōu)化轉(zhuǎn)筒生產(chǎn)效率奠定理論基礎(chǔ),并提供一定的指導(dǎo)．

2.2 抄板數(shù)目對纖絲狀顆粒運(yùn)動特性的影響

為了進(jìn)一步探討抄板數(shù)目對纖絲狀顆粒運(yùn)動特性的作用,采用數(shù)值新方法模擬不同抄板數(shù)目下顆粒的運(yùn)動規(guī)律．圖12給出了抄板數(shù)目對纖絲狀顆粒的停留時(shí)間分布變化的影響．由圖可知,在不同抄板數(shù)目的情況下,顆粒在轉(zhuǎn)筒內(nèi)的停留時(shí)間分布曲線均呈現(xiàn)出正態(tài)分布趨勢．抄板數(shù)目越多,顆粒停留時(shí)間分布曲線中的對稱軸所處的停留時(shí)間越大,顆?；旌显骄鶆颍渲?抄板數(shù)目n與位置參數(shù)μ之間的關(guān)系如圖13,可以看出，抄板數(shù)目越多,μ值越大．當(dāng)抄板數(shù)目n=4和n=6的情況下,兩者位置參數(shù)較為接近;而抄板數(shù)目n=6時(shí),纖絲狀顆粒停留時(shí)間的離散程度高于n=4的工況．

圖12 不同抄板數(shù)目下纖絲狀顆粒的停留時(shí)間分布Fig.12 Effect of flight number on flexible filamentous particle residence time

圖13 抄板數(shù)目n與位置參數(shù)μ之間的關(guān)系Fig.13 Effect of locate parameter on flight number

從纖絲狀顆粒的平均停留時(shí)間與抄板數(shù)目之間關(guān)系的實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)果(圖14)可知,轉(zhuǎn)筒內(nèi)置抄板數(shù)量越多,顆粒在抄板上的滯留時(shí)間越久，導(dǎo)致顆粒在轉(zhuǎn)筒橫截面上隨筒體作圓周運(yùn)動的時(shí)間越長,增加顆粒在轉(zhuǎn)筒內(nèi)的平均停留時(shí)間，顆粒在轉(zhuǎn)筒內(nèi)運(yùn)動一致性受到抄板結(jié)構(gòu)的影響.通過研究發(fā)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)增加抄板數(shù)量能加強(qiáng)纖絲狀生物質(zhì)顆粒群運(yùn)動的一致性,強(qiáng)化氣固間相互擾動,使得顆?；旌细鶆?且顆粒的停留時(shí)間更集中．當(dāng)n=2～6時(shí),模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值總體上比較吻合;由于建模中忽略了“虛擬顆粒團(tuán)”內(nèi)部絲狀顆粒的流動與顆粒間相互碰撞,導(dǎo)致模擬值略低于實(shí)驗(yàn)值．當(dāng)轉(zhuǎn)筒內(nèi)抄板數(shù)目增加至8塊,顆粒在轉(zhuǎn)筒底部停留時(shí)間增加,加之在抄板的作用下,顆粒在抄板上的滯留量也增多,延長了顆粒在截面處的運(yùn)動時(shí)間．因此，增加抄板數(shù)目能夠提高絲狀顆粒團(tuán)聚、重組的概率,使得顆粒沿軸向擴(kuò)散速率增加，從而導(dǎo)致顆粒平均停留時(shí)間的模擬值高于實(shí)驗(yàn)值．

綜上所述,對纖絲狀顆粒而言,在一定范圍內(nèi)增加抄板數(shù)目,有利于提高顆粒間的混合作用,從而降低顆粒堆積、聚團(tuán)等現(xiàn)象發(fā)生的概率．

圖14 不同抄板數(shù)目下顆粒平均停留時(shí)間的數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比Fig.14 Comparison of numerical and experimental results on the mean residence time under the condition of flight number

3 結(jié)論

文中研究氣固兩相流動系統(tǒng)中纖絲狀生物質(zhì)顆粒的運(yùn)動特性，提出一種用于構(gòu)建大規(guī)模數(shù)量的絲狀顆粒在轉(zhuǎn)筒內(nèi)流動的新模型,結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對模擬結(jié)果作了對比驗(yàn)證,得到以下結(jié)論:

(1) 纖絲狀顆粒的停留時(shí)間分布特征與抄板結(jié)構(gòu)關(guān)系不大,均呈正態(tài)分布趨勢;但是,顆粒的平均停留時(shí)間均隨抄板高度和數(shù)目的增加而增加,模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值的變化趨勢相一致．

(2) 當(dāng)顆粒容積率低于1.5%、a<0.32時(shí),抄板高度對顆粒平均停留時(shí)間的影響較小;當(dāng)a>0.32時(shí),纖絲狀顆粒停留時(shí)間更集中．

(3) 對纖絲狀顆粒而言,在一定范圍內(nèi)增加抄板數(shù)目,有助于顆粒之間的混合,降低顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象發(fā)生的概率．