專利名稱：固體粒子播發(fā)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固體粒子播發(fā)器，屬于流體力學(xué)、氣體動(dòng)力學(xué)和機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
流化床技術(shù)是近十幾年才得到快速發(fā)展并逐漸成熟的一項(xiàng)科學(xué)技術(shù)，目前其流化 原理已應(yīng)用在很多工程領(lǐng)域中。利用流體流動(dòng)的作用，將大量固體顆粒懸浮于流體中并使 之呈現(xiàn)出類似于流體的某些表現(xiàn)特征，這就是固體流態(tài)化，借這種固體顆粒的流化狀態(tài)而 實(shí)現(xiàn)某些生產(chǎn)過(guò)程的操作，稱為流態(tài)化技術(shù)。姚玉英1997年由天津大學(xué)出版社出版的《化工原理》對(duì)流化的基本原理進(jìn)行了闡 述，化學(xué)工業(yè)出版社出版的由陳炳和、許寧主編的《化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與設(shè)備》闡述了流化的基 本原理，Jacob Bear著由李竟生、陳崇希譯、孫納正校的中國(guó)建筑工業(yè)出版社1983出版的 《多孔介質(zhì)流體動(dòng)力學(xué)》，介紹了多孔介質(zhì)流體動(dòng)力，劉祥嶺、許思龍、劉壽中發(fā)表在2008《熱 機(jī)技術(shù)》總第93期的“循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)用和發(fā)展”介紹了流化床的循環(huán)過(guò)程。這些著作及文章只是對(duì)流化的基本原理進(jìn)行詳細(xì)闡述和提到在一些具體領(lǐng)域運(yùn) 用流化技術(shù)，并沒(méi)有就如何設(shè)計(jì)具體利用流化原理來(lái)實(shí)現(xiàn)粒子播發(fā)的設(shè)備。對(duì)國(guó)內(nèi)外的公 開(kāi)文獻(xiàn)進(jìn)行檢索也未見(jiàn)專門實(shí)現(xiàn)粒子播發(fā)的設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種應(yīng)用于流體力學(xué)工程 領(lǐng)域的流化床原理設(shè)備一固體粒子播發(fā)器。本發(fā)明可應(yīng)用在流體力學(xué)、氣體動(dòng)力學(xué)、爆 炸力學(xué)等需要進(jìn)行流場(chǎng)顯示、流動(dòng)速度測(cè)量的研究領(lǐng)域，可為流動(dòng)顯示技術(shù)、LD V(Iaser Doppler velocimeter) #PIV (particle image velocimeter) ΙΗ ^^ 供均勻的不同尺度(納米、微米、毫米量級(jí))的粒子分布場(chǎng)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外此項(xiàng)技術(shù)的空白。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是固體粒子播發(fā)器，為同軸分段密封筒式結(jié)構(gòu)，包括底 板、噴嘴、加速段、整流段、流化段和蓋板，底板和加速段底部固定連接，噴嘴從一側(cè)穿入加 速段底部并與之密封固定連接，加速段和整流段通過(guò)法蘭連接，在加速段和整流段連接處 內(nèi)壁固定安裝整流板，整流段和流化段通過(guò)法蘭連接，在整流段和流化段連接處內(nèi)壁固定 安裝布風(fēng)板，布風(fēng)板上堆放固體粒子，流化段上側(cè)不同高度位置上加工若干層流化物出流 口，每一層上加工不少于2個(gè)流化物出流口，同一層流化物出流口在流化段筒體上均勻分 布，流化物出流口的軸線與固體粒子播發(fā)器的軸線呈15 50°夾角，流化段上部與蓋板固 定安裝，整流板上均勻加工的毫米級(jí)通孔，布風(fēng)板上均勻加工通透的納米級(jí)縫隙。所述的布風(fēng)板采用粉末冶金工藝制成，其上加工的納米級(jí)縫隙為10 lOOnm。所述的加速段為倒漏斗型結(jié)構(gòu)，底部為圓柱體、中部為圓錐體、上部為圓柱體，中 部圓錐體的錐角為20 50°。所述的加速段底部的長(zhǎng)度為中部長(zhǎng)度的1/3 2/3。所述的整流段的長(zhǎng)度是加速段中部長(zhǎng)度的1 1. 5倍。
所述的流化段的長(zhǎng)度與加速段中部長(zhǎng)度之比大于6 1。所述的流化段上加工4層等距的流化物出流口，在流化段1/3 1/2處加工第一 層流化物出流口。所述的固體粒子直徑小于500um。所述的噴嘴、整流段和蓋板上安裝測(cè)壓裝置。所述的整流板的厚度> 3mm。本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理本發(fā)明設(shè)計(jì)主要涉及需播發(fā)固態(tài)顆粒群、顆粒床層的特性及其影響因素，以及在 床層流態(tài)化時(shí)存在的幾種主要流化形式及其控制因素。1、顆粒群的特性工業(yè)中遇到的顆粒群可分為兩類單分散性粒子群或多分散性粒子群。本發(fā)明播撒 的粒子主要是球形顆粒，屬于單分散性粒子群，對(duì)于播發(fā)粒子的評(píng)價(jià)參數(shù)為1)顆粒群的 粒度分布；2)顆粒的平均直徑；3)顆粒的堆積密度。2、顆粒床層及其影響因素1)大量的固體顆粒堆積在一起便形成顆粒床層。靜止的顆粒床層稱為固定床；由 于流體通過(guò)床層導(dǎo)致顆粒群流態(tài)化稱為流化床。2)對(duì)床層特性產(chǎn)生重要影響的因素如下(1)床層的空隙率(void volume)(空隙度)g g =(床層體積-顆粒體積)/床層體積；單位m3/m3?？障堵试诖矊油唤孛嫔系姆植际遣痪鶆虻?。在空器壁面附近，空隙率較大，而在 床層中心處空隙率較小。器壁對(duì)空隙率的這種影響稱為壁效應(yīng)。壁效應(yīng)使得流體通過(guò)床層 的速度不均勻。流動(dòng)阻力較小的近壁處流速較床層內(nèi)部大。改善壁效應(yīng)的方法是通過(guò)限制 床層直徑之比不得小于某極限值。(本發(fā)明在設(shè)計(jì)時(shí)得出若選用床層直徑比顆粒的直徑大 得多，則壁效應(yīng)可忽略，并將其用于本發(fā)明)經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定一般非均勻、非球形顆粒度亂堆床 層的空隙率大致在g = 0. 47-0. 7之間。均勻的球體最松排列時(shí)空隙率為g = 0. 48。最緊 排列時(shí)空隙率為g = 0. 26。(2)床層的自由截面積(sectional area)床層的自由截面積是指床層截面上未被顆粒占據(jù)的，流體可以自由通過(guò)的面積。 小顆粒亂堆床層可以認(rèn)為是各向同性的。各向同性的床層的重要特征之一是其自由截面積 與床層截面積之比在數(shù)值上與床層空隙率相等。同床層空隙率一樣，由于壁效應(yīng)的影響，壁 面附近的自由截面積較大。(3)床層的比表面積(surface area)床層的比表面積是指單位體積床層中具有顆粒的表面積(即顆粒與流體接觸的 的表面積)。如果忽略床層中顆粒間相互重疊的接觸面積，對(duì)于空隙率為ε的床層，床層的 比表面積η (其單位m2/m3)與顆粒物料的比表面積a具有如下關(guān)系η = a(l_ O。當(dāng)流體以不同速度由下向上通過(guò)固體顆粒床層時(shí)，根據(jù)流速不同出現(xiàn)的幾種流化 態(tài)現(xiàn)象情況見(jiàn)圖2。1)固定床階段當(dāng)流體空塔速度較低時(shí)，顆粒所受到曳力較小，能夠保持靜止?fàn)顟B(tài)，流體只能穿過(guò)靜止顆粒間的空隙而流動(dòng)，稱為固定床，如圖2a所示。2)初始或臨界流化床階段初始或臨界流化狀態(tài)當(dāng)流體空塔速度U稍大于保持固定床速度時(shí)顆粒床開(kāi)始松 動(dòng)顆粒位置也在一定區(qū)域內(nèi)開(kāi)始調(diào)整，床層略有膨脹，但顆粒仍不能自由活動(dòng)，床層的表現(xiàn) 稱為初始流化或臨界流化。如圖2b所示。3)流化床階段當(dāng)顆粒間流體的實(shí)際速度等于顆粒沉淀速度時(shí)固體顆粒將懸浮于流體中作隨機(jī) 運(yùn)動(dòng)。床層開(kāi)始膨脹增高，空隙率也隨之增大，此時(shí)顆粒與流體之間的摩擦力恰好與其凈重 力相平衡。此后床層高度將隨流速提高而升高。但顆粒間的實(shí)際流速恒等于顆粒沉淀速度。 這種床具有類似流體性質(zhì)，故稱流化床如圖2c和圖2d所示。原則上，流化床有明顯的上界4)稀相輸送床階段若流速在升高達(dá)到某一極限值時(shí)即顆粒間流體實(shí)際流速大于顆粒沉淀速度。流化 床的上界面將消失，顆粒分散懸浮于氣流中，并不斷被氣流帶走。這種床稱為稀相輸送床如 圖2e所示。顆粒開(kāi)始被帶出的速度稱為帶出速度，其數(shù)值等于顆粒在該流體中的沉降速度。3、實(shí)際流化床中兩種不同的流化形式1)散式流化在流態(tài)化時(shí)，通過(guò)床層的流體稱為流化介質(zhì)。散式流化的特點(diǎn)是固體顆粒均勻的 分散在流化介質(zhì)中，接近于理想的流化床，故也稱均勻流化。隨流速增大，床層逐漸膨脹而 沒(méi)有氣泡產(chǎn)生，顆粒間的距離均勻增大，床層高度上升，并保持穩(wěn)定的上界面。通常，兩相密 度差小的系統(tǒng)趨向于散式流化。故大多數(shù)液_固流化屬于散式流化。2)聚式流化對(duì)于密度差較大的氣_固流化系統(tǒng)，一般趨向于形成聚式流化。在氣_固系統(tǒng)的 流化床中超過(guò)流化所需最小氣量的那部分氣體以氣泡形式通過(guò)顆粒層后，上升至床層上界 面時(shí)破裂。這些氣泡內(nèi)可能夾帶有少量固體顆粒。此時(shí)床層內(nèi)分為兩相，一相是空隙小而 固體濃度大的氣固均勻混合物構(gòu)成的連續(xù)相，稱為乳化相。另一相則是夾帶有少量固體顆 粒而以氣泡形式通過(guò)床層的不連續(xù)相，稱為氣泡相，由于氣泡在床層中上升時(shí)逐漸長(zhǎng)大、合 并，至床層上界面處破裂，因此，床層極不穩(wěn)定，上界面亦以某種頻率上下波動(dòng)，床層壓降也 隨之相應(yīng)波動(dòng)。4、流化床的主要特性1)流化床恒定的壓降(1)理想流化床在理想的情況下，流體通過(guò)顆粒床層時(shí)，克服流體阻力產(chǎn)生的壓降與空塔氣流速 度之間的關(guān)系如圖3所示，圖中3中縱坐標(biāo)為IgAp，Δρ為壓降，橫坐標(biāo)Igy，μ為氣流速 度。從圖3中可以看出理想流化床可以分為以下幾個(gè)階段①固體床階段，此時(shí)氣流速度較低，床層靜止不動(dòng)，氣體通過(guò)床層的空隙流動(dòng)，隨 著氣流速度增加，氣體通過(guò)床層的摩擦阻力也相應(yīng)增加，如圖3中的AB段。②流化床階段，當(dāng)氣流速度繼續(xù)增大到C點(diǎn)時(shí)，床層開(kāi)始松動(dòng)，顆粒重排，床層空
5隙率增大，逐漸地顆粒開(kāi)始懸浮在流體中自由運(yùn)動(dòng)，床層的高度隨氣流速度提高而增高，但 整個(gè)床層的壓力降△ P仍能保持不變，仍然等于單位面積的床層凈重力。流態(tài)化階段的Δρ 與μ的關(guān)系如圖3中DE線段所示。當(dāng)降低流化床氣體速度時(shí)，床層高度、空隙率也隨之降低Δρ與μ的關(guān)系曲線沿 EDCA'返回，因此相應(yīng)的壓降小一些，C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度稱為臨界流化速，是最小流化速度。(2)實(shí)際流化床實(shí)際流化床的情況比較復(fù)雜，其關(guān)系曲線如圖4所示，圖4中橫坐標(biāo)為氣流速μ， 縱坐標(biāo)為壓降Δρ。從圖4中看出實(shí)際流化床可以分為以下幾個(gè)階段①在固定床區(qū)域AB和流化床區(qū)域DE之間有一個(gè)“駝峰” B⑶，這是固定床的顆粒 相互擠壓，需要較大的推動(dòng)力也能使床層松動(dòng)，直至顆粒達(dá)到懸浮時(shí)，壓力降Δρ從駝峰段 降到水平段DE，此后壓降基本不隨氣流速度而變。最初的床層越緊密，駝峰段越陡峭。②由于流化床階段壓降保持不變，壓降線DE為水平線，而實(shí)際流化床中DE線右 端略微向上傾斜，這是由于氣體通過(guò)床層是的壓強(qiáng)降除絕大部分用于平衡床層顆粒的重力 外，還有很少部分能量消耗于顆粒之間的碰撞及顆粒與容器壁之間的摩擦。③DE線的上下各有一條虛線，這是氣體流化床壓力降的波動(dòng)范圍，而DE線是均值 線。④EDC'(流化床階段)與C' A'(固定床階段)的交點(diǎn)C'即是臨界點(diǎn)。理想流化床和實(shí)際流化床的最大區(qū)別是圖4的DE線的上下各有條虛線，這是氣體 流化床壓力降的波動(dòng)范圍，在氣泡運(yùn)動(dòng)、長(zhǎng)大、破裂的過(guò)程中產(chǎn)生壓力降的波動(dòng)。2)流化床的不正?，F(xiàn)象(1)騰涌現(xiàn)象騰涌現(xiàn)象的產(chǎn)生原因是床層高度與直徑之比值過(guò)大、氣速過(guò)高或氣體分布不均 勻，其現(xiàn)象發(fā)生易造成設(shè)備振動(dòng)。(2)溝流現(xiàn)象溝流現(xiàn)象是指氣體通過(guò)床層的是形成短路。大部分氣體穿過(guò)溝道上升，沒(méi)有與固 體顆粒很好的接觸，部分床層變成死床。其形成的原因是顆粒的特性和氣體分布板的結(jié)構(gòu) 有關(guān)。顆粒過(guò)細(xì)、密度大、易于粘連的顆粒及氣流在布風(fēng)板分布不均。5、流化床的總高度流化床的總高度分為密相段(濃相區(qū))和稀相段(分離區(qū))高度之和。流化床界 面以下的區(qū)域稱為濃相區(qū)，界面以上的區(qū)域稱為稀相區(qū)。1)濃相區(qū)的高度當(dāng)操作氣流速度大于臨界流化速度時(shí)，床層開(kāi)始膨脹，其膨脹 程度的高度。2)分離區(qū)的高度固體顆粒濃度開(kāi)始保持不變的最小距離。有時(shí)取其等于濃相區(qū) 的高度。對(duì)于上述設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題，本發(fā)明在設(shè)計(jì)中通過(guò)各種解決措施，提高流化質(zhì)量。 流化質(zhì)量是指流化床的均勻程度，即氣體分布和氣固接觸的均勻程度。流化質(zhì)量不高對(duì)流 化床的傳熱、傳質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)極為不利。聚式流化床中影響流化質(zhì)量因素很多。提高流化質(zhì)量從以下幾個(gè)方面改進(jìn)(1)布風(fēng)板應(yīng)有足夠的流動(dòng)阻力。在流化床中，布風(fēng)板的作用除了支撐固體顆粒防止漏料外，還有分散氣流，使得氣流均勻分布。但一般分布板對(duì)氣流的影響通常只局限在上 方不超過(guò)0.5m的區(qū)域內(nèi)。超過(guò)0.5m必須采取措施，改善流化質(zhì)量。設(shè)計(jì)良好的布風(fēng)板應(yīng) 對(duì)通過(guò)它的氣流有足夠大的阻力，從而保證氣流均勻分布于整個(gè)床層截面上。只有布風(fēng)板 的阻力足夠大時(shí)，才能克服聚式流化的不穩(wěn)定性，抑制床層中出現(xiàn)溝流等不正?，F(xiàn)象。(2)顆粒的選用。根據(jù)顆粒的特性，尤其是顆粒的尺寸和粒度分布對(duì)流化床的流動(dòng) 特性有重要的影響。采用小徑顆粒和寬分布特別是細(xì)粉能起潤(rùn)滑作用，可提高流化質(zhì)量因 素。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，能夠達(dá)到良好流化的顆粒尺寸在500um以下。(3)選用高速氣流。高速氣流不僅提供了氣固兩相較大的接觸面積，而且增進(jìn)了兩 相接觸的均勻性，從而有利于提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和床內(nèi)溫度均勻性。同時(shí)高氣速還可以減小 設(shè)備的直徑。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為(1)本發(fā)明采用粉末冶金燒結(jié)技術(shù)壓制而成、納米級(jí)縫隙的布風(fēng)板來(lái)分布?xì)饬?，獲 得均勻分布的來(lái)流，避免了壁面效應(yīng)的產(chǎn)生；(2)本發(fā)明的各段之間的距離以及布風(fēng)板、側(cè)壁開(kāi)孔方式，保證足夠的流動(dòng)阻力， 減少進(jìn)氣速度和壓力分布不均勻引起的壁面效應(yīng)，克服了聚式流化的不穩(wěn)定性，抑制床層 中出現(xiàn)溝流和騰涌不正常現(xiàn)象的出現(xiàn)；(3)本發(fā)明采用了整流板、布風(fēng)板使整個(gè)床層截面上的氣流均勻分布，避免了顆粒 床層在床面形成局部堆積；(4)本發(fā)明為了防止流化混合物滯留和塞堵，根據(jù)流體出流特點(diǎn)設(shè)計(jì)了流化物出 流口與播發(fā)器筒壁的夾角，達(dá)到最佳的出流效果；(5)本發(fā)明側(cè)壁開(kāi)孔方式(不同層、層間間距、夾角)的不同，有利于不同濃度的流 化態(tài)混合物體導(dǎo)出；(6)本發(fā)明采用納米量級(jí)的顆粒提高流化質(zhì)量，也可采用高壓動(dòng)力氣源提高顆粒 床層流化；(7)本發(fā)明采用倒漏斗型加速段，使從噴嘴中進(jìn)入加速度底部的流體加速，加速后 的流體會(huì)形成亂流，再通過(guò)加速段中部和上部對(duì)亂流進(jìn)行收攏，有利于后續(xù)整流板對(duì)流體 的整流，還能適當(dāng)降低對(duì)氣源的壓力等級(jí)的要求；(8)本發(fā)明采用整流板對(duì)通過(guò)的氣體進(jìn)行整流，使到達(dá)布風(fēng)板的流體截面壓力、方 向、速度一致；(9)本發(fā)明經(jīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)播發(fā)功能良好，可播撒納米/微米/毫米量級(jí)的粒子， 適用于軍工和民用的空氣動(dòng)力學(xué)和物理流體力學(xué)學(xué)科領(lǐng)域的定量分析與研究。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為不同流速下的床層演化過(guò)程；圖3為理想流化床的Δρ-μ關(guān)系曲線圖；圖4為實(shí)際流化床Δρ-μ關(guān)系曲線圖；圖5為采用本發(fā)明得到低速流場(chǎng)中渦隨時(shí)間的演化圖片；圖6為采用本發(fā)明得到超聲速流場(chǎng)的流動(dòng)顯示圖片。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明如圖1所示，為同軸分段密封筒式結(jié)構(gòu)，屬于聚式流化的流化床類型。固體 粒子播發(fā)器包括底板1、噴嘴2、加速段3、整流段4、流化段5、蓋板6和測(cè)壓裝置7。整流段 4和流化段5為同軸的圓柱狀，噴嘴2、加速段3、整流段4和流化段5采用金屬材質(zhì)制成，必 須密封，本發(fā)明很好的解決了播發(fā)器容體的密封，不易使粒子受潮和污染。底板1和加速段3底部固定連接，蓋板6和流化段5上部固定安裝，將播發(fā)器上下 封堵。加速段3為倒漏斗型結(jié)構(gòu)，底部為圓柱體、中部為圓錐體、上部為圓柱體，中部圓 錐體的錐角為20 50°，噴嘴2從一側(cè)穿入加速段3底部并與之密封固定連接。高壓氣源 從噴嘴2進(jìn)入加速段3底部加速后，經(jīng)過(guò)中部、上部收攏后的氣流通過(guò)整流板31進(jìn)入整流 段4。從噴嘴2進(jìn)入的有壓氣體對(duì)大氣播發(fā)時(shí)的壓力一般為0 2Kg。加速段3底部的長(zhǎng) 度為加速段3中部長(zhǎng)度的1/3 2/3，本發(fā)明通過(guò)確定加速段3底部和中部的間距來(lái)減少進(jìn) 氣速度和壓力分布不均勻引起的壁面效應(yīng)。加速段3和整流段4通過(guò)法蘭連接，在加速段3和整流段4連接處內(nèi)壁固定安裝 整流板31。整流板31的厚度> 3mm，采用金屬材料制成，例如可采用銅或不銹鋼材質(zhì)，在整 流板31上勻布尺寸相同毫米級(jí)的通孔，一般通孔直徑采用1 1. 5mm。整流板31對(duì)通過(guò)的 氣體進(jìn)行整流和使氣流截面壓強(qiáng)均勻，使到達(dá)布風(fēng)板51的氣體壓力、方向、速度一致。整流 段4的長(zhǎng)度是加速段3中部長(zhǎng)度的1 1. 5倍。流化段5上側(cè)不同高度位置上加工若干層流化物出流口 52，每一層上加工不少于 2個(gè)流化物出流口 52，同一層流化物出流口 52在流化段5筒體上均勻分布，流化物出流口 52的軸線與固體粒子播發(fā)器的軸線呈15 50°夾角，防止流化混合物滯留和塞堵，以求達(dá) 到最佳的出流效果。如圖1所示，流化段5上加工4層(還可以根據(jù)具體需要加工其他層 數(shù))等距或不等距的流化物出流口 52，在流化段5的1/3 1/2處加工第一層流化物出流 口 52，側(cè)壁開(kāi)孔方式的不同還有利于不同濃度的流化態(tài)混合物體導(dǎo)出。流化物出流口 52在 固體粒子播發(fā)器不工作時(shí)封堵，在固體粒子播發(fā)器工作時(shí)打開(kāi)，將床體內(nèi)顆粒像流體一樣 排出。整流段4和流化段5通過(guò)法蘭連接，在整流段4和流化段5連接處內(nèi)壁固定安裝 布風(fēng)板51，流化段5的長(zhǎng)度與加速段3中部長(zhǎng)度之比大于6 1。布風(fēng)板51采用粉末冶金 工藝制成，其上均勻加工通透的的納米級(jí)縫隙，一般采用10 lOOnm。采用納米孔徑的合金 材料來(lái)分散氣流，可以獲得均勻分布的來(lái)流，避免了壁效應(yīng)的產(chǎn)生。此外在整個(gè)床層截面上 的均勻分布?xì)饬骺梢员苊忸w粒床層在床面形成局部堆積；通過(guò)進(jìn)氣段、布風(fēng)板、側(cè)壁開(kāi)孔方 式的設(shè)計(jì)，克服了聚式流化的不穩(wěn)定性，抑制床層中出現(xiàn)溝流和騰涌不正?，F(xiàn)象的出現(xiàn)。布 風(fēng)板51上堆放固體粒子，固體粒子直徑小于500um，采用小徑顆粒和寬分布特別是細(xì)粉能 起潤(rùn)滑作用，可提高流化質(zhì)量因素。流化床高度的設(shè)計(jì)由流化作用的空間、流化顆粒的運(yùn)動(dòng)速度確定，流化床的直徑 與流化床高度正相關(guān)；由于在不同的工作環(huán)境下會(huì)出現(xiàn)不同程度的振動(dòng)，通過(guò)匹配播發(fā)器 材質(zhì)、高度與直徑的相互關(guān)系來(lái)控制播發(fā)器的質(zhì)心位置，使設(shè)備在任何工作環(huán)境下保持穩(wěn)定。
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在播發(fā)器不同的工作段安裝有壓力檢測(cè)輔助設(shè)備以觀察粒子流化狀態(tài)，如圖1所 示，在噴嘴2、整流段4和蓋板6上安裝測(cè)壓裝置7，測(cè)壓裝置7包括測(cè)壓儀表和導(dǎo)管，用來(lái) 實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)播發(fā)器內(nèi)的壓力。本發(fā)明工作原理將播發(fā)器進(jìn)口壓力調(diào)節(jié)到工作狀態(tài)，這些有壓氣體經(jīng)噴嘴、加速 段、整流段、多孔布風(fēng)板后產(chǎn)生均勻氣流，穿過(guò)顆粒床層產(chǎn)生沸騰氣床(流化床)，粒子與氣 體混合流化懸浮，最后沿側(cè)壁的流化物出流口孔導(dǎo)管將粒子導(dǎo)入流場(chǎng)。操作方法將顆粒物料堆放在布風(fēng)板上成塔體，調(diào)節(jié)控制氣體由設(shè)備下部通入床 層，將氣流壓力調(diào)整到工作狀態(tài)，固體顆粒在床層內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生沸騰狀態(tài)(流化床)。床體內(nèi) 顆?？梢韵窳黧w一樣從側(cè)面的流化物出流口孔口排出。本發(fā)明存在的流態(tài)化現(xiàn)象有在高壓或一般壓力作用下，氣體流過(guò)空隙為納米級(jí) 的多孔布風(fēng)板向上穿過(guò)顆粒床層(納米、微米、毫米量級(jí)顆粒)。隨著進(jìn)出播發(fā)器壓強(qiáng)差的 變化，本發(fā)明存在如下流態(tài)化現(xiàn)象當(dāng)流速低的時(shí)候顆粒床層處于固定床狀態(tài)；隨著流速 的增加，顆?；ハ嚯x開(kāi)，有少量的顆粒在一定的區(qū)間進(jìn)行震動(dòng)和游動(dòng)，形成膨脹床；速度再 升高(一般達(dá)到2-5m/s)氣流使大部分顆粒托起形成沸騰狀。粒子上下運(yùn)動(dòng)摻混非常強(qiáng)烈， 都剛好懸浮在向上流動(dòng)的氣體或者液體中，此時(shí)的床層就是流化床起點(diǎn)。流動(dòng)速度一定時(shí) (通常為5 lOm/s時(shí))粒子跟隨著氣流飄浮流動(dòng)，當(dāng)打開(kāi)通道時(shí)就會(huì)隨粒子流導(dǎo)出。本發(fā)明的工作壓強(qiáng)差在Δ ρ ^ 1 3atm時(shí)有比較好的粒子播撒效果；隨著壓強(qiáng)差 變大，粒子流變得不穩(wěn)定，粒子濃度反而有所下降。本發(fā)明提供均勻的納米/微米/毫米量級(jí)的粒子流動(dòng)場(chǎng)。為在流動(dòng)顯示、LDV激 光測(cè)試、PIV測(cè)試及需顯示流動(dòng)場(chǎng)范疇的領(lǐng)域，提供良好的技術(shù)服務(wù)支持。采集到的圖像如圖5、6所示，本發(fā)明可以較好解決納米粒子的團(tuán)聚現(xiàn)象，本發(fā)明 播發(fā)的粒子均勻，含粒子的播發(fā)氣流對(duì)主流場(chǎng)的品質(zhì)、流動(dòng)特性影響可忽略，顯示本發(fā)明播 撒的粒子分解性能良好，粒子體積差別小，粒子均勻分布流動(dòng)，粒子跟隨性非常好，流動(dòng)顯 示和測(cè)試計(jì)算結(jié)果可靠、相吻合。本發(fā)明的設(shè)計(jì)外觀新穎、主體牢固、安全、穩(wěn)定、耐用，經(jīng)過(guò)耐壓測(cè)試和檢驗(yàn)。發(fā)明未詳細(xì)說(shuō)明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。
權(quán)利要求
固體粒子播發(fā)器，其特征在于為同軸分段密封筒式結(jié)構(gòu)，包括底板(1)、噴嘴(2)、加速段(3)、整流段(4)、流化段(5)和蓋板(6)，底板(1)和加速段(3)底部固定連接，噴嘴(2)從一側(cè)穿入加速段(3)底部并與之密封固定連接，加速段(3)和整流段(4)通過(guò)法蘭連接，在加速段(3)和整流段(4)連接處內(nèi)壁固定安裝整流板(31)，整流段(4)和流化段(5)通過(guò)法蘭連接，在整流段(4)和流化段(5)連接處內(nèi)壁固定安裝布風(fēng)板(51)，布風(fēng)板(51)上堆放固體粒子，流化段(5)上側(cè)不同高度位置上加工若干層流化物出流口(52)，每一層上加工不少于2個(gè)流化物出流口(52)，同一層流化物出流口(52)在流化段(5)筒體上均勻分布，流化物出流口(52)的軸線與固體粒子播發(fā)器的軸線呈15～50°夾角，流化段(5)上部與蓋板(6)固定安裝，整流板(31)上均勻加工的毫米級(jí)通孔，布風(fēng)板(51)上均勻加工通透的納米級(jí)縫隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體粒子播發(fā)器，其特征在于所述的布風(fēng)板(51)采用粉末 冶金工藝制成，其上加工的納米級(jí)縫隙為10 lOOnm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體粒子播發(fā)器，其特征在于所述的加速段(3)為倒漏斗 型結(jié)構(gòu)，底部為圓柱體、中部為圓錐體、上部為圓柱體，中部圓錐體的錐角為20 50°。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固體粒子播發(fā)器，其特征在于所述的加速段(3)底部的長(zhǎng) 度為中部長(zhǎng)度的1/3 2/3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體粒子播發(fā)器，其特征在于所述的整流段(4)的長(zhǎng)度是 加速段⑶中部長(zhǎng)度的1 1.5倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體粒子播發(fā)器，其特征在于所述的流化段(5)的長(zhǎng)度與 加速段(3)中部長(zhǎng)度之比大于6 1。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體粒子播發(fā)器，其特征在于所述的流化段(5)上加工4層 等距的流化物出流口(52)，在流化段(5) 1/3 1/2處加工第一層流化物出流口(52)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體粒子播發(fā)器，其特征在于所述的固體粒子直徑小于 500umo
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體粒子播發(fā)器，其特征在于所述的噴嘴(2)、整流段(4) 和蓋板(6)上安裝測(cè)壓裝置(7)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體粒子播發(fā)器，其特征在于所述的整流板(31)的厚度 > 3mm0
全文摘要
固體粒子播發(fā)器，為同軸分段密封筒式結(jié)構(gòu)，包括底板、噴嘴、加速段、整流段、流化段和蓋板，在加速段和整流段連接處內(nèi)壁固定安裝勻布毫米級(jí)通孔的整流板，在整流段和流化段連接處內(nèi)壁固定安裝勻布納米級(jí)縫隙的布風(fēng)板，布風(fēng)板上堆放固體粒子，流化段上側(cè)不同高度位置上加工若干層流化物出流口，流化物出流口的軸線與固體粒子播發(fā)器的軸線呈15～50°夾角。本發(fā)明采用金屬粉末燒結(jié)壓制而成、納米級(jí)縫隙的布風(fēng)板來(lái)分散氣流，獲得均勻分布的來(lái)流，避免了壁面效應(yīng)的產(chǎn)生；本發(fā)明的各段之間的距離以及布風(fēng)板、側(cè)壁開(kāi)孔方式，保證足夠的流動(dòng)阻力，減少進(jìn)氣速度和壓力分布不均勻引起的壁面效應(yīng)，克服了聚式流化的不穩(wěn)定性，抑制床層中出現(xiàn)溝流和騰涌不正常現(xiàn)象的出現(xiàn)。
文檔編號(hào)B01J8/24GK101912752SQ20101025799
公開(kāi)日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者李烺, 楊京龍, 甘才俊 申請(qǐng)人:中國(guó)航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院