高级检索

  • ISSN 1006-3080
  • CN 31-1691/TQ

气压作用下的粉体压缩固结特性分析

单子豪 郭晓镭 陆海峰 刘海峰

单子豪, 郭晓镭, 陆海峰, 刘海峰. 气压作用下的粉体压缩固结特性分析[J]. 华东理工大学学报(自然科学版). doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20210224001
引用本文: 单子豪, 郭晓镭, 陆海峰, 刘海峰. 气压作用下的粉体压缩固结特性分析[J]. 华东理工大学学报(自然科学版). doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20210224001
SHAN Zihao, GUO Xiaolei, LU Haifeng, LIU Haifeng. Analysis of the Compression Consolidation Characteristics of Powders Under Gas Pressurization[J]. Journal of East China University of Science and Technology. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20210224001
Citation: SHAN Zihao, GUO Xiaolei, LU Haifeng, LIU Haifeng. Analysis of the Compression Consolidation Characteristics of Powders Under Gas Pressurization[J]. Journal of East China University of Science and Technology. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20210224001

气压作用下的粉体压缩固结特性分析

doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20210224001
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51876066);国家重点研发计划资助(2018YFC0808500);上海煤气化工程技术研究中心(18DZ2283900)和中央高校基本科研业务费专项资金
详细信息
    作者简介:

    单子豪(1996-),男,浙江杭州人,硕士生,从事气固两相流研究。E-mail:s825922390@163.com

    通讯作者:

    郭晓镭,E-mail:gxl@ecust.edu.cn

  • 中图分类号: TQ023

Analysis of the Compression Consolidation Characteristics of Powders Under Gas Pressurization

  • 摘要: 采用气体加压方式和机械加压方式对粉体的压缩固结特性进行了比较研究,并借助力学探针表征了不同固结状态下的粉体床层密度分布规律,分析了气体加压方式对粉体固结特性的影响机制。研究表明,气体加压方式下较小的压应力变化就能使得压实密度显著增加,但气体会透入床层,减弱加压气体对床层产生的机械推力,因而其压缩固结特性与机械加压方式明显不同:气体加压作用下的床层压应力随充压速率的增加呈近似线性增加,且气压方式下压实密度特征值仅为机械加压的85%,机械加压相对更易导致粉体床层压实;而气体加压的最终压力对床层压实密度影响不大。力学探针测试发现,气体加压方式下的床层密度分布比机械加压方式均匀;无量纲阻力系数Fb/Fb,0可有效表征粉体床层的压缩固结程度,其随压应力线性增大、随压实密度的增加而呈指数增加。

     

  • 图  1  累积粒径分布图

    Figure  1.  Accumulative particle size distribution

    图  2  粒径分布频率曲线

    Figure  2.  Particle size distribution

    图  3  氧化铝的扫描电镜图像

    Figure  3.  SEM image of alumina

    图  4  气体加压实验装置流程图

    Figure  4.  Diagram of experimental equipment

    1—Nitrogen cylinder; 2—Needle valve; 3—Autoclave; 4—Glass cylinder; 5—Expansion valve; 6—Pressure gauge; 7—Computer

    图  5  机械加压测试单元

    Figure  5.  Mechanical pressurized test cell

    图  6  力学探针受力示意图

    Figure  6.  Schematic diagram of force analysis on the intruder

    图  7  加压前后氧化铝堆积状态

    Figure  7.  Packing state of alumina before and after pressurization

    图  8  同一充压速率下压实密度与最终压力的关系

    Figure  8.  Relationship between compaction density and final pressure under the same pressurization rate

    图  9  不同充压方式下的粉体压实密度变化

    Figure  9.  Compaction density under different pressurization methods

    a—Gas pressurization, b—Mechanical pressurization

    图  10  充压速率与压应力的关系

    Figure  10.  Relationship between pressurization rate and compressive stress

    图  11  不同加压方式下压实密度与压应力的关系

    Figure  11.  Relationship between compaction density and compressive stress under different pressurization methods

    图  12  自然堆积床层的入侵阻力变化规律

    Figure  12.  Resistance forces on the intruder penetrating the statically packed granular bed

    图  13  不同加压方式下的入侵阻力的变化规律

    Figure  13.  Resistance forces on the intruder penetrating the granular bed under different pressurization methods

    a—Mechanical pressurization, b—Gas pressurization

    图  14  量纲为一入侵阻力与压应力的关系

    Figure  14.  Relationship between dimensionless resistance force and compressive stress

    a—Mechanical pressurization, b—Gas pressurization

    图  15  量纲为一入侵阻力与压实密度的关系

    Figure  15.  Relationship between dimensionless resistance force and compaction density

    表  1  实验物料基本物性

    Table  1.   Properties of experimental materials

    Sampleρb/(g·cm−3)ρt/(g·cm−3)Mt/%HRθ/(°)D[3,2]/μmD[4,3]/μmd10/μmd50/μmd90/μmSpan
    Al2O30.51820.95040.121.8348.704.609.072.057.3817.692.12
    下载: 导出CSV

    表  2  粉体压缩方程拟合参数及相关性系数

    Table  2.   The parameters involved in equation (1) and correlation coefficient

    Materialρb,0/(kg·m−3)σz,0/PaNR2
    Al2O3518.28.790.0760.983
    下载: 导出CSV
  • [1] 蔡基利, 吴和保, 刘富初, 等. 微滴喷射快速成形Al2O3陶瓷微球的性能[J]. 材料工程, 2018, 46(11): 84-89. doi: 10.11868/j.issn.1001-4381.2017.000649
    [2] 王丽萍, 郭昭华, 池君洲, 等. 氧化铝多用途开发研究进展[J]. 无机盐工业, 2015, 47(06): 11-15,62.
    [3] 刘臻, 管清亮, 张建胜, 等. 干煤粉气化炉煤粉输送问题分析及解决方案探讨[J]. 煤炭工程, 2017, 49(10): 109-112.
    [4] LU H F, CAO J K, JIN Y, et al. Study on the feeding characteristics of pulverized coal for entrained-flow gasification[J]. Powder Technology, 2019, 357: 164-170. doi: 10.1016/j.powtec.2019.08.064
    [5] 刘宝华, 李振亮, 李亚, 等. 面粉多点供料气力输送系统能耗分析[J]. 粮食与油脂, 2014, 27(5): 61-63. doi: 10.3969/j.issn.1008-9578.2014.05.019
    [6] LU H F, GUO X L, GONG X, et al. Effects of gas type and hopper pressure on the discharge of pulverized coal[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2012, 51(9): 3709-3714.
    [7] 陆海峰. 煤粉在通气料仓中的下料及其影响因素研究[D]. 上海: 华东理工大学, 2012.95.
    [8] 杜焰, 赵立杰, 李晓海, 等. 山药粉的直压特性初步研究[J]. 中国实验方剂学杂志, 2012, 18(12): 44-47. doi: 10.3969/j.issn.1005-9903.2012.12.013
    [9] JENIKE A W. Analysis of solids densification during the pressurization of lock hoppers[J]. Powder Technology, 1984, 37(01): 131-143. doi: 10.1016/0032-5910(84)80012-1
    [10] 丁家海, 陆海峰. 粉煤气化工业装置煤粉黏附力表征及其流动性评价[J]. 华东理工大学学报(自然科学版), 2017, 43(2): 171-177.
    [11] 刘一. 粉体体系堆积、流动特性及其与颗粒间作用力关系研究[D]. 上海: 华东理工大学, 2017. 112.
    [12] YOHANNES B, LIU X, YACOBIAN G, et al. Particle size induced heterogeneity in compacted powders: Effect of large particles[J]. Advanced Powder Technology, 2018, 29(12): 2978-2986. doi: 10.1016/j.apt.2018.09.020
    [13] TOMAS J. Fundamentals of cohesive powder consolidation and flow[J]. Granular Matter, 2004, 6: 75-86. doi: 10.1007/s10035-004-0167-9
    [14] STASIAK M, TOMAS J, MOLENDA M, et al. Uniaxial compaction behaviour and elasticity of cohesive powders[J]. Powder Technology, 2010, 203(3): 482-488. doi: 10.1016/j.powtec.2010.06.010
    [15] 吴福玉. 粉体流动特性及其表征方法研究[D]. 上海: 华东理工大学, 2014.8.
    [16] LIU C P, BAI S, WANG L. Resistance forces on an intruder penetrating partially fluidized granular media[J]. Physical Review E, 2019, 99(1): 012903. doi: 10.1103/PhysRevE.99.012903
    [17] 刘新春. 物料的流态化对气力输送的影响[C]//国际气力输送技术(北京)研讨会, 2007.
    [18] 孙其诚, 王光谦. 颗粒物质力学导论[M]. 北京: 科学出版社, 2009.234.
    [19] CANDELIER R, DAUCHOT O. Creep motion of an intruder within a granular glass close to jamming[J]. Physical Review Letters, 2009, 103(12): 128001. doi: 10.1103/PhysRevLett.103.128001
    [20] COSTANTINO D J, BARTELL J, SCHEIDLER K, et al. Low velocity granular drag in reduced gravity[J]. Physical Review E, 2011, 83(1): 011305. doi: 10.1103/PhysRevE.83.011305
    [21] STONE M B, BERNSTEIN D P, BARRY R, et al. Getting to the bottom of granular medium[J]. Nature, 2004, 427: 503. doi: 10.1038/427503a
    [22] STONE M B, BARRY R, BERNSTEIN D P, et al. Local jamming via penetration of a granular medium[J]. Physical Review E, 2004, 70(4): 041301.
    [23] 陈阳阳, 郭秀琦, 梁财, 等. 料仓内粉体静态应力分布特性[J]. 化工进展, 2019, 38(4): 1681-1687.
    [24] 张炜, 周剑, 于世伟, 等. 基于颗粒物质力学的粉末高速压制过程中应力传递分布分析[J]. 应用力学学报, 2018, 35(1): 154-160,234.
  • 加载中
图(15) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  431
  • HTML全文浏览量:  131
  • PDF下载量:  2
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-02-24
  • 网络出版日期:  2021-05-07

目录

    /

    返回文章
    返回