煤粉流阻力比例系數(shù)的試驗研究

煤粉流阻力比例系數(shù)的試驗研究

1兩相流中流體特性管道中的氣阻兩相流是工業(yè)設(shè)備中常見的現(xiàn)象，也是通過能源、水泥、冶金、食品加工和化工等行業(yè)應(yīng)用的。在電站鍋爐中,氣體輸送的介質(zhì)主要是煤粉。標準文丘利管作為測量單相流流量的裝置已經(jīng)得到廣泛認可。雖然文氏管加工工藝要求較高,這在一定程度上限制它的應(yīng)用,但是它又有阻力小、流線型、不易磨損、直管段要求短的特點。在氣固兩相流中,由于流體對阻件磨損較大,因此對阻件的精度要求遠低于單相流的要求,同時,國內(nèi)外對它在兩相流中特性研究也較少。正是基于這樣的情況下,作者采用自己設(shè)計的文氏管對其在氣粉兩相流中的特性做了一些試驗研究工作,得出文氏管在純空氣下的阻力系數(shù)與節(jié)流比的關(guān)系,在輸粉情況下阻力系數(shù)、比例常數(shù)與節(jié)流比、濃度、Stocks間的關(guān)系。2試驗系統(tǒng)試驗遵循?；囼灥脑瓌t,即相似準則數(shù)相等,但在試驗中要完全滿足這個條件實際上十分困難,因此只能采用近似模化方法。試驗系統(tǒng)見圖1所示,氣流經(jīng)風機加壓,在風粉混合器與煤粉混合,過穩(wěn)定段進入文氏管,最后由旋風分離器分離、收集煤粉,降低污染,管道采用Φ76×4.5無縫鋼管。文氏管結(jié)構(gòu)見圖2,相關(guān)參數(shù)見表1。試驗介質(zhì)分別是兩種煤粉,具體特性見表2,試驗風速分別是18m/s、21m/s、24m/s、27m/s、30m/s,相應(yīng)的Re數(shù)是7.53×104~12.56×104,煤粉濃度由0.1kg/kg變化到0.5kg/kg,煤粉濃度的控制是由螺旋給粉機轉(zhuǎn)速決定,給粉機在試驗前已標定。使用的測壓裝置是英國產(chǎn)的數(shù)字式微壓計ZEPHYR,數(shù)據(jù)能精確到10-1Pa。3煤粉濃度與2k2式阻力相關(guān)公式對于阻力系數(shù)的計算是采用下列兩個公式純空氣時:ξ0=ΣΔP0Hk(1)ξ0=ΣΔΡ0Ηk(1)輸粉氣流:ξμ=ΣΔPμHk(2)ξμ=ΣΔΡμΗk(2)式中:ξ0——純空氣的阻力系數(shù)ξμ——輸粉氣流的阻力系數(shù)ΣΔP0——單相氣流的總阻力損失PaΣΔPμ——輸粉流總阻力損失PaHk=1/2ρu2——氣流動壓Pa在單相和兩相流的阻力系數(shù)ξ0、ξμ求出后,可以在利用下列公式求出它們與煤粉濃度之間的關(guān)系:ΣΔPμΣΔP0=ξμξ0=(1+Kjμ)ξ0ξ0=1+Kjμ(3)ΣΔΡμΣΔΡ0=ξμξ0=(1+Κjμ)ξ0ξ0=1+Κjμ(3)Kj——阻力比例常數(shù)。4試驗分析與討論4.1穩(wěn)定系數(shù)re1文氏管在純空氣中的阻力特性見圖3,圖的橫坐標是Re,縱坐標是阻力系數(shù)ξ0。圖中表明,當Re數(shù)較低時,阻力系數(shù)隨雷諾數(shù)增加而增大,當雷諾數(shù)達到某一數(shù)值時,阻力系數(shù)不再隨雷諾數(shù)而變化,即進入穩(wěn)定的自模區(qū)。進入自模區(qū)的Re0約為8.0×104。4.2粉兩相流中的阻力在單相流試驗的基礎(chǔ)上,分別測量了三種節(jié)流比文氏管在氣粉兩相流中的阻力,對測量結(jié)果進行整理后得圖4、圖5。由圖可看出,阻力系數(shù)ξμ、阻力比例常數(shù)Kj與節(jié)流比m、濃度、煤種有關(guān)。下面分別對各種影響因素具體做出分析。4.2.1輸粉附加阻力圖4、圖5為Ⅰ、Ⅱ種煤的阻力系數(shù)ξμ與煤粉濃度μ的關(guān)系圖,由于流體在試驗范圍內(nèi)已經(jīng)進入自模區(qū),因此文氏管的阻力系數(shù)ξμ與流體流速無關(guān),圖中的ξμ為四個速度條件下測量的平均值。由圖可得:在相同的條件下,氣粉流的阻力系數(shù)ξμ比單相氣體的ξ0要大,但增大的幅度隨節(jié)流比m的增大而減小,同時與煤粉濃度基本上成線性關(guān)系,μ增加,ξμ也增大。試驗數(shù)據(jù)見表3。在輸粉氣流流經(jīng)文氏管時,受到收縮與擴大,流向發(fā)生變化,其壓力損失主要取決于粉粒的慣性撞擊文氏管所造成的動能損失,動能損失是輸粉附加阻力的組成部分,它的大小取決于節(jié)流部位所處的粉粒濃度。在相同的m下,因隨管內(nèi)平均μ增加,管壁附近濃度梯度及相對濃度增大,粉粒顆粒撞擊管壁的頻率也隨之增大,產(chǎn)生的動能損失增強,所以輸粉附加阻力與管內(nèi)平均μ具有較好的線性關(guān)系。體現(xiàn)阻力系數(shù)與煤粉濃度的關(guān)系即為線性關(guān)系。4.2.2影響st法律性狀的因素試驗對不同煤種相同節(jié)流比的阻力系數(shù)作了比較,具體情況見圖6。由圖可見:Ⅱ種煤比Ⅰ種煤的阻力系數(shù)都要小。眾所周知,煤種對阻力系數(shù)的影響主要是由煤粉的Stocks、平均直徑、形狀、堆積密度等因素造成的,其中Stocks是主要影響因素。Stocks表示慣性力與阻力之比,當Stocks數(shù)小時,表明顆粒慣性小,容易跟隨氣流運動,不易分離;當Stocks數(shù)大時,表明顆粒慣性大,顆粒不易夾帶,易分離。當氣流流經(jīng)漸縮管段時,Stocks數(shù)小的顆粒易隨氣流改變方向,與壁面撞擊產(chǎn)生的動能損失小,加速損失也小,Stocks數(shù)小的比Stocks數(shù)大的壓損要大;在漸擴段,細顆粒隨管道截面積的擴大而擴散到壁面,粗顆粒方向改變較慢,所以Stocks數(shù)小的煤種顆粒撞壁的頻率要高,其動能損失增加;漸擴段長度比漸縮段長,綜合比較:對文丘利管而言,Stocks數(shù)大的煤種比Stocks數(shù)小的阻力系數(shù)要小。4.2.3因素和標準Kj=(ξμ/ξ0-1)/μ(4)Kj的影響因素主要有節(jié)流比、m煤粉濃度μ、煤種等。煤粉濃度的影響見圖7、圖8,由圖可看出,文氏管的Kj基本上不隨μ的變化而改變,說明其穩(wěn)定性較好。4.2.4節(jié)流比m對kj的影響節(jié)流比m對Kj的影響見圖9、圖10,在定濃度條件下,文氏管的Kj隨m的增大而減小。4.2.5驗范圍的節(jié)流比對兩種煤的Kj作個比較,結(jié)果發(fā)現(xiàn)對試驗范圍的節(jié)流比來說,Stocks數(shù)小的Ⅰ種煤Kj較Stocks數(shù)大的Ⅱ種煤要大,當m=0.6時,比較結(jié)果見圖11。5煤粉濃度和阻力比例常數(shù)k通過對文氏管在單相雙相流中阻力特性研究,可以得出以下結(jié)論:(1)在單雙相流中,文氏管的阻力系數(shù)隨節(jié)流比的增加而減小;(2)在雙相流中,阻力系數(shù)與煤粉濃度基本上成線性關(guān)系;(3)文氏管的阻力比例常數(shù)Kj穩(wěn)定性較好,隨煤粉濃度μ變化不大;(4)阻力比例常數(shù)Kj隨節(jié)流件節(jié)流比m的增加而減小;(5)Stocks小的煤種Kj比Stocks大的大;(6)將兩