立管內的氣固流動(dòng)狀態(tài)一般可分為流化流動(dòng)和非流化流動(dòng)兩種。對于立管-翼閥系統, 不同的流動(dòng)狀態(tài)在系統中流動(dòng)的穩定性不同。
非流化流動(dòng)狀態(tài)應力分析
負壓差條件下, 當顆粒物料在圓柱形立管中呈逆壓差作移動(dòng)床流動(dòng)時(shí)( 非流化流動(dòng)) , 假定: ( 1) 立管中流動(dòng)徑向對稱(chēng); ( 2) 氣體與管壁的摩擦力及氣體的重力忽略不計。用軸向一維流動(dòng)模型, 取立管任一高度的水平微元薄層, 受力分析如圖 1 所示, 圖中 h 向下為正。根據力平衡原理, 可得如下方程:
利用式( 4) 可以計算出移動(dòng)床中不同物料在不同負壓差梯度時(shí)流動(dòng)的應力變化, 如圖 2、3 所示。
圖 1 非流化流動(dòng)的受力分析圖
Fig. 1 Force balance
of non-fluidized flow
由式( 4) 可知, 若顆粒物料與管壁間的摩擦角增大, 即 B 增大, 立管截面上的正應力隨著(zhù)料柱高度的增加而增加。若料柱高度較高時(shí), 截面上的正應力 ∀ h趨于常數, 隨著(zhù)立管直徑 D 的增大, ∀ h 減小變緩( 圖 3) , 表明選用較大的立管直徑有利于流動(dòng)穩定。
流化流動(dòng)狀態(tài)應力分析
負壓差條件下立管內物料呈流化流動(dòng)時(shí)固體顆
粒同流體的規律一樣, 其壓力與料封高度成正比, 即
( 5)
對比式( 4) 和( 5) 可知, 流化流動(dòng)與非流化流動(dòng)在壓力的傳遞上有很大的區別。非流化流動(dòng)時(shí), 翼閥閥板處壓力的變化不僅與顆粒密度和負壓差梯度有關(guān), 而且還與料封高度、物料的性質(zhì)有關(guān)。隨著(zhù)料封高度的增加, 翼閥閥板處的壓力初始呈增加趨勢, 并隨著(zhù)高度進(jìn)一步增加而趨于一定值。料封高度的變化所引起壓力的變化不再引起閥板處壓力的變化, 說(shuō)明閥板的開(kāi)度將不能根據料封高度的變化而自行調節,這就是非流化流動(dòng)在立管-翼閥系統內很難穩定操作, 并易于堵塞的原因。而對于流化流動(dòng), 當顆粒流率變化, 或其它原因引起了料封高度增加時(shí), 立管中的壓力也隨之增高, 這種壓力的改變將傳遞到翼閥的閥板處, 閥板的受力平衡遭到破壞, 閥板內側的推動(dòng)力大于外側的壓力, 閥板開(kāi)度增加, 于是顆粒流率增加, 使得料封高度降低。反之則相反, 周而復始, 所以立管中壓力的變化可以順利地傳遞到翼閥閥板處,使得翼閥具有自動(dòng)平衡和維持料封的能力, 因此, 立管中的流化流動(dòng)操作比較穩定。
