柱状生物质颗粒与钢球颗粒在滚筒中的混合特性

doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.10.007

化工进展 ›› 2016, Vol. 35 ›› Issue (10): 3057-3064.DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2016.10.007

柱状生物质颗粒与钢球颗粒在滚筒中的混合特性

张立栋, 韦庆文, 秦宏, 王擎

东北电力大学油页岩综合利用教育部工程研究中心, 吉林吉林 132012

收稿日期:2016-03-08 修回日期:2016-05-04 出版日期:2016-10-05 发布日期:2016-10-05
通讯作者: 张立栋(1980-),男,博士,副教授,主要研究方向为油页岩综合利用及回转装置混合与分离。E-mail:nedu1015@aliyun.com
作者简介:张立栋(1980-),男,博士,副教授,主要研究方向为油页岩综合利用及回转装置混合与分离。E-mail:nedu1015@aliyun.com。
基金资助:
教育部长江学者和创新团队发展计划(IRT13052）、吉林省自然科学基金（20150101033JC）、吉林市科技计划项目（201464044）及吉林省教育厅“十二五”科学技术项目（吉教科合字2015-237）。

Mixing characteristics in a rotary drum filled with cylindrical biomass and spherical steel particles

ZHANG Lidong, WEI Qingwen, QIN Hong, WANG Qing

Engineering Research Center of Ministry of Education for Comprehensive Utilization of Oil Shale, Northeast Dianli University, Jilin 132012, Jilin, China

Received:2016-03-08 Revised:2016-05-04 Online:2016-10-05 Published:2016-10-05

摘要/Abstract

摘要： 采用离散单元法DEM（discrete element method）对圆柱形生物质颗粒和钢球颗粒在滚筒中的混合进行了数值模拟，分析了滚筒转速和颗粒数量比对混合质量的影响。结果表明：在本文设定的工况下，颗粒的混合模式为阶梯模式，并且颗粒在混合时可以分成3个区域，即左面的单层钢球颗粒区、中间的钢球颗粒和生物质颗粒混合区、右面的生物质颗粒堆积区。左右两边的颗粒混合效果较差，中间的颗粒混合效果较好。当滚筒转速相同时，钢球颗粒和生物质颗粒数量比为3000∶200时的颗粒混合效果比钢球颗粒和生物质颗粒数量比为3000∶100时的好，即当钢球颗粒数量远大于生物质颗粒数量时，增加生物质颗粒的数量可以提高混合效果。在钢球颗粒和生物质颗粒数量比相同的情况下，当滚筒转速在5~25r/min的范围内，滚筒转速越高，颗粒的混合质量越好，并且颗粒混合达到稳定的时间就越短。

关键词: 柱状生物质颗粒, 钢球颗粒, 滚筒, 离散单元法, 混合

Abstract: In this paper,mixing of cylindrical biomass particles and spherical steel particles in the drum was simulated with discrete element method(DEM). The rotational speed and particles number ratio were changed in order to analyze the effect of rotational speed and particles number ratio to the particles mixing quality. The results showed that the motion mode was slumping in all six conditions. Particles mixing region was divided into three regions:the monolayer steel particles region in the left of the particles region, the mixing region of biomass particles and steel particles in the middle of the particles region and the accumulating region of biomass particles in the right of the particles region. The particles mixing quality in the middle of the particles region was far better than that in the left or in the right of the particles region. The mixing quality when the number ratio of steel particles and biomass particles was 3000:200 was better than that when the number ratio of steel particles and biomass particles was 3000:100 with stationary rotational speed,which means when the steel particles were far more than biomass particles. The increase of the number of biomass particles could enhance the mixing quality. When the rotational speed was changed from 5r/min to 25r/min,the higher the rotationalspeed,the better the particles mixing quality and the faster the mixing tended to be stable with stationary particles number ratio.

Key words: cylindrical biomass particles, spherical steel particles, rotary drum, discrete element method, mixing

中图分类号:

TQ051

张立栋, 韦庆文, 秦宏, 王擎. 柱状生物质颗粒与钢球颗粒在滚筒中的混合特性[J]. 化工进展, 2016, 35(10): 3057-3064.

ZHANG Lidong, WEI Qingwen, QIN Hong, WANG Qing. Mixing characteristics in a rotary drum filled with cylindrical biomass and spherical steel particles[J]. Chemical Industry and Engineering Progree, 2016, 35(10): 3057-3064.

参考文献

[1] 寿恩广,李诗媛,任强强,等.生物质与煤富氧混合燃烧特性研究[J].可再生能源,2014,32(10):1551-1557.
[2] 张永亮,赵立欣,姚宗路,等.生物质固体成型燃料燃烧颗粒物的数量和质量分布特性[J].农业工程学报,2013,29(19):185-191.
[3] 王月乔,田宜水,侯书林,等.生物质颗粒燃烧器燃烧适应性试验[J].农业工程学报,2014,30(7):197-203.
[4] 王建飞,赵建涛,李风海,等.烟煤与生物质快速共热解产物特性分析[J].燃料化学学报,2015,43(6):642-647.
[5] 李帅,张居兵,朴桂林,等.木质生物质定温热解炭化特性研究[J].动力工程学报,2015,35(6):495-500.
[6] 孙其诚,王光谦.颗粒物质力学导论[M].北京:科学出版社,2009:1-10.
[7] 金辉霞,栢娜,杨格兰.滚筒内颗粒混合过程的DEM仿真研究[J].控制工程,2013,20(3):566-570.
[8] 张立栋,王丽伟,朱明亮,等.回转干馏炉内油页岩与固体热载体颗粒轴向混合特性实验[J].东北电力大学学报,2012,32(6):63-66.
[9] SUNKARA K A,HERZ F,SPECHT E,et al.Influence of flight design on the particle distribution of a flight rotating drum[J].Chemical Engineering Science,2013,90:101-109.
[10] 张立栋,李少华,朱明亮,等.回转干馏炉内抄板形式与双组元颗粒混合过程冷模数值研究[J].中国电机工程学报,2012,32(11):72-78.
[11] HILL K M,GIOIA G,AMARAVADI D,et al.Moon patterns,sun patterns,and wave breaking in rotating granular mixtures[J].Complexity,2005,10(4):79-86.
[12] PUYVELDE D R V,YOUNG B R,WILSON M A,et al.Experimental determination of transverse mixing kinetics in a rolling drum by image analysis[J].Powder Technology,1999,106(3):183-191.
[13] ALIZADEH E,BERTRAND F,CHAOUKI J.Comparison of DEM results and Lagrangian experimental data for the flow and mixing of granules in a rotating drum[J].AIChE Journal,2014,60(1):60-75.
[14] 王瑞芳,李占勇,窦如彪,等.水平转筒内大豆颗粒随机运动与混合特性模拟[J].农业机械学报,2013,44(6):93-99.
[15] 朱立平,秦霞,袁竹林,等.丝状颗粒在滚筒横向截面中的传热传质特性[J].东南大学学报,2014,44(4):756-763.
[16] DUBE O,ALIZADEH E,CHAOUKI J,et al.Dynamics of non-spherical particles in a rotating drum[J].Chemical Engineering Science,2013,101:486-502.
[17] HOHNER D,WIRTZ S,SCHERER V.A study on the influence of particle shape and shape approximation on particle mechanics in a rotating drum using the discrete element method[J].Powder Technology,2014,253:256-265.
[18] LU G,JAMES R T,CHRISTOPH R M.Effect of wall rougheners on cross-sectional flow characteristic for non-spherical particle in a Horizontal rotating cylinder[J].Particuology,2014(12):44-53.
[19] 陶贺,钟文琪,金保昇,等.异径混合非钢球颗粒在移动床中流动特性的数值模拟[J].东南大学学报,2012,42(6):1122-1126.
[20] 李少华,朱明亮,张立栋,等.回转装置内三组元颗粒径向混合评价方法分析[J].化工进展,2013,32(6):1224-1229.
[21] 严建华,朱建新,马增益,等.图像法用于流化床颗粒混合特性的研究[J].高校化学工程学报,2006,20(5):745-751.
[22] LIAO C C,HSIAU S S,KIWING T.Granular dynamics of a slurry in a rotating drum[J].Physical Review E,2010,82(1):1-4.
[23] 吕春旺,谭培来,刘柏谦,等.滚筒冷渣机中的颗粒径向扩散运动研究[J].热能动力工程,2014,29(5):532-538.
[24] 李少华,张立栋,张轩,等.回转干馏炉内影响颗粒混合运动因素的数值分析[J].中国电机工程学报,2011,31(2):32-38.

柱状生物质颗粒与钢球颗粒在滚筒中的混合特性

Mixing characteristics in a rotary drum filled with cylindrical biomass and spherical steel particles

PDF (PC)

可视化

被引次数

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	谢璐垚, 陈崧哲, 王来军, 张平. 用于SO₂去极化电解制氢的铂基催化剂[J]. 化工进展, 2023, 42(S1): 299-309.
[2]	杨寒月, 孔令真, 陈家庆, 孙欢, 宋家恺, 王思诚, 孔标. 微气泡型下向流管式气液接触器脱碳性能[J]. 化工进展, 2023, 42(S1): 197-204.
[3]	赵曦, 马浩然, 李平, 黄爱玲. 错位碰撞型微混合器混合性能的模拟分析与优化设计[J]. 化工进展, 2023, 42(9): 4559-4572.
[4]	修浩然, 王云刚, 白彦渊, 邹立, 刘阳. 准东煤/市政污泥混燃燃烧特性及灰熔融行为分析[J]. 化工进展, 2023, 42(6): 3242-3252.
[5]	王保文, 刘同庆, 张港, 李炜光, 林德顺, 王梦家, 马晶晶. CuFe₂O₄改性脱硫渣氧载体与褐煤的反应特性[J]. 化工进展, 2023, 42(6): 2884-2894.
[6]	卢兴福, 戴波, 杨世亮. 转鼓内圆柱形颗粒混合的超二次曲面离散单元法模拟[J]. 化工进展, 2023, 42(5): 2252-2261.
[7]	郭文杰, 翟玉玲, 陈文哲, 申鑫, 邢明. Al₂O₃-CuO/水混合纳米流体对流传热性能及热经济性分析[J]. 化工进展, 2023, 42(5): 2315-2324.
[8]	田启凯, 郑海萍, 张少斌, 张静, 余子夷. 混合增强的微流控通道进展[J]. 化工进展, 2023, 42(4): 1677-1687.
[9]	常晓青, 彭东来, 李东洋, 张延武, 王景, 张亚涛. MOFs基丙烯/丙烷高效分离混合基质膜研究进展[J]. 化工进展, 2023, 42(4): 1961-1973.
[10]	高婷婷, 蒋振, 吴晓毅, 郝婷婷, 马学虎, 温荣福. 微乳液脉动热管应用于锂离子电池的散热性能[J]. 化工进展, 2023, 42(3): 1167-1177.
[11]	张建伟, 许蕊, 张忠闯, 董鑫, 冯颖. 基于卷积神经网络的撞击流反应器浓度场混合特性[J]. 化工进展, 2023, 42(2): 658-668.
[12]	邱沫凡, 蒋琳, 刘荣正, 刘兵, 唐亚平, 刘马林. 气固流化床化学反应数值模拟中颗粒尺度模型研究进展[J]. 化工进展, 2023, 42(10): 5047-5058.
[13]	李晶晶, 赵曜, 徐沣驰, 李康建. 不同径流冲刷作用下多孔炉渣沥青混合料重金属的浸出特性[J]. 化工进展, 2023, 42(10): 5520-5530.
[14]	李昊, 郭荣鑫, 晏永. 高模量沥青及其混合料低温性能研究进展[J]. 化工进展, 2022, 41(S1): 351-365.
[15]	潘艳秋, 李鹏飞, 高石磊, 俞路. 基于MIC筛选规则和BP神经网络的变换装置建模及产品预测[J]. 化工进展, 2022, 41(S1): 36-43.