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【6h】

磁场协助作用下非磁性纳米颗粒的流态化

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摘要

本实验以非磁性纳米SiO2、ZnO和TiO2为原料,首先考察他们在直径为5 cm的圆柱型有机玻璃流化床中的流化性能,发现在低气速下床层易形成活塞、沟流和大聚团,压降波动较大,增加气速,鼓泡加剧,床中出现分层和扬析现象,聚团尺寸大,分布较宽,固定床较高,床层膨胀较小,流化效果较差。磁场能的引入可以有效的消除节涌,减小聚团平均尺寸和整个床层的偏析,显著改善了纳米颗粒的流化质量。
　　 实验同时考察了流化时间,表观气速,磁场强度和磁性粗颗粒添加量对聚团大小的影响。结果表明:给以纳米颗粒一定的流化时间可以得到更稳定的聚团,实验中SiO2为10 min,ZnO和TiO2为5 min；较高的气速可以导致较小的聚团,本文中最佳气速为0.1132 m/s；在磁性颗粒不凝聚的情况下,较大的磁场强度和磁性粗颗粒添加量可以减小流化聚团的尺寸。
　　 根据纳米颗粒聚团在磁场流化床中碰撞能、有效磁场能、剪切能和黏性能的平衡分析,建立了估算聚团大小的能量平衡模型,据此模型计算了几种黏性颗粒在磁场流化床中形成的聚团大小,计算结果与床层流化后实测的聚团大小较接近。
　　 通过对能量平衡模型的分析,得到了聚团或颗粒团聚与破碎的准则。并进一步分析了聚团团聚与破碎的可能性。在磁场流化床中,不同大小的聚团相互碰撞,是分离、破碎还是团聚,取决于黏性颗粒的物性(如颗粒密度、黏性、大小等)、操作条件(如表观气速),磁场强度和磁性颗粒添加量。实验与理论分析均表明,高表观气速,低颗粒黏性,大的磁场强度和磁性颗粒添加量对黏性颗粒聚团流态化比较有利。因此,对给定的黏性颗粒,应尽量选用较高的表观气速、以及在不发生磁性颗粒凝聚的情况下,选用较大的磁场强度和磁性颗粒添加量。

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