颗粒与壁面的碰撞反弹特性研究

发布时间：2020-06-21 23:33

【摘要】：颗粒与壁面的碰撞反弹时常发生在管道运输系统、流态化反应器等设备的内部,颗粒与壁面不同形式的碰撞反弹行为会引起颗粒粘附、颗粒堆积等后果,影响工业生产的效率。为了探究颗粒与壁面碰撞反弹过程中的特点,本文主要采用实验方法,对工业生产中普遍存在的颗粒与壁面干碰撞和湿碰撞开展研究,通过高速摄影技术对颗粒与壁面碰撞后的恢复系数、运动轨迹以及液桥变化规律等进行了分析,揭示了两种碰撞情况下颗粒反弹恢复系数的变化规律,并对比讨论了干、湿碰撞后颗粒能量损失的主要原因,总结了两种状态下颗粒与壁面碰撞反弹数学模型。主要研究内容如下:(1)碰撞反弹实验的设计与实现:设计并研制了颗粒喷射装置,保障球形颗粒以一定的速度和角度冲击目标壁面,采用高速摄像机记录颗粒与壁面的碰撞反弹过程,并使用图像处理软件对颗粒的运动进行了处理及分析。(2)颗粒与干燥壁面的碰撞反弹特性研究:当颗粒及壁面均为干燥情况时,法向恢复系数随着入射速度增加而有略微的减小,其原因是金属铝壁面的塑性变形及接触过程中弹性波耗散;切向恢复系数随入射角度的增加,经历了先减小后增大的过程,其原因是颗粒与壁面的接触方式由滚动逐渐转变到了滑动。(3)颗粒与带液膜壁面的碰撞反弹特性研究:当目标壁面覆盖有液膜时,颗粒反弹后将在壁面上牵拉出一条动态变化的液桥,进而影响了颗粒的运动轨迹。与干碰撞的结果有所不同,湿碰撞时法向恢复系数会受到粒径、入射速度、液膜厚度和粘度等因素的影响,而切向恢复系数的大小只和液膜的存在与否有关。同时可以发现,当液膜存在时,颗粒的反弹存在一个临界反弹速度,入射速度低于该值时,颗粒被液桥牵拉回壁面。颗粒的能量耗散将随粒径的减小以及液膜的粘度和厚度的增加而增大。
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O347.7
【图文】：

系统粒与壁面碰撞的实验台如图 2.1 所示。整个实验系统由压力泵，电磁调压阀，置，自制颗粒喷射装置，电动平移台，激光位移传感器以及目标板组成，整个在一个水平的实验台上。金属铝板四周用一定厚度的塑料密封环围起，密封环m。铝板被放置于电动平移台上之，丙三醇的水溶液在板上铺展开,被密封环包一层较薄的液膜（液膜厚度小于 1mm）。使用测量精度小于 1um 的激光位移传液膜的厚度，由步进电机控制的电动平移台可以平稳的把测量完液膜厚度的金颗粒喷射装置下。通过节流阀调节输入气压的大小来调节颗粒喷射装置中颗粒，该装置安装在角位移台上，通过角位移台可以控制颗粒喷出的角度。实验装强光灯提供足够的光源，使用分辨率为 1920×1080 的高速摄像机来捕捉整个颗撞击并反弹的过程。

置：自制的颗粒喷射装置主要由气缸和放置有颗粒的固定管段推杆会快速运动并撞击颗粒，使得颗粒喷出。固定管段的孔径行替换。：用于放置目标板以及平稳的将测量完液膜厚度后的目标板运型号为 Zolix-PAS100-11-x。平移台使用步进电机控制，最大速度 10μm。感器：主要用于测量覆盖有液膜的铝金属板表面的液膜厚度测是 Keyence-LK-G5000，其包含的一组感测头专为透明介质及醇溶液的厚度进行精确的测量，精度为 0.005μm。:主要用于拍摄并颗粒与壁面碰撞反弹的整个过程。高速相机型。高速相机的最大分辨率为 1920×1080，能自由调节相机的拍数。

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本文编号：2724820