本发明专利技术属于物理实验设备技术领域，涉及一种多孔非球形颗粒曳力系数的测量装置，装置包括流化床本体、颗粒床层、空气供给系统、固定系统、曳力测量系统和孔隙率测量系统；所述流化床本体包括圆柱筒体和布风板；所述颗粒床层置于所述圆柱筒体内；所述空气供给系统经由管道与圆柱筒体底部相通，为所述流化床本体提供气流；所述固定系统用于固定所述流化床本体；所述曳力测量系统与所述颗粒床层内各颗粒相连以测量拉力；所述孔隙率测量系统置于所述流化床本体外部，用于测量所述颗粒床层内单颗粒的孔隙率。本发明专利技术提供的一种多孔非球形颗粒曳力系数的测量装置，结构简单，易于维修，能测量不同空隙度及孔隙率下多孔颗粒的曳力系数。同空隙度及孔隙率下多孔颗粒的曳力系数。同空隙度及孔隙率下多孔颗粒的曳力系数。
【技术实现步骤摘要】
一种多孔非球形颗粒曳力系数的测量装置
[0001]本专利技术涉及一种多孔非球形颗粒曳力系数的测量装置，属于物理实验设备
技术介绍
[0002]在固体碳质材料的许多气化过程中，煤颗粒的微观结构对气化效率起着至关重要的作用。一方面，微观结构直接影响流体分子在颗粒表面的扩散、吸附/解吸和化学反应；另一方面，煤颗粒的多孔结构也会极大地影响固体与流体之间的动量和传热。这些因素可以导致非常复杂的多相、多物种和多场现象。流动结构方面，多孔非球形颗粒内部的孔隙在颗粒
‑
颗粒和颗粒
‑
流体相互作用中都引入了比实心颗粒更多的不确定性。床层结构方面，空隙度的改变也会对颗粒在流场中的受力和传热产生不小的影响。与实心颗粒相比，多孔非球形颗粒在气流场中所受到的曳力产生了不小的变化，如何采用统一的数理模型描述多孔非球形颗粒受力和运动等一系列问题仍待解决。
[0003]在实际中，一般用曳力系数来表征颗粒的曳力。目前，比较成熟的试验手段有两种，一是基于牛顿运动定律的颗粒自由沉降法，这是一种依靠颗粒自身重力使其在流体中做自由沉降运动的测试方式，当颗粒所受重力、浮力和曳力实现三力平衡时即可计算出曳力，最终再推导出曳力系数；另一种有效的方法是基于流态化的测试方法，即将颗粒放在有向上运动的流体的流化床中，利用流体的推动力使颗粒保持稳定，这时颗粒的重力、浮力和曳力实现三力平衡，即可计算出曳力并推导出曳力系数。
[0004]现有的测量装置中大多都是针对实心颗粒且大多为单个颗粒的曳力测量。然而，在实际生产工艺过程中，深入考虑床层空隙度和颗粒孔隙率对准确计算曳力系数是必要的。
[0005]现有公开技术资料或文献未见综合考虑床层空隙度和颗粒孔隙率的多孔非球形颗粒曳力系数测量装置和方法。本专利技术提供一种在实验室规模或工业规模的多孔非球形颗粒的曳力系数测量的装置和方法，结构简单，设备费用低，易于维修。
技术实现思路
[0006](一)要解决的技术问题
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种结构简单、操作方便、成本低、易于维护的测量多孔非球形颗粒曳力系数的装置和方法。该套装置可测定广泛应用于化工、冶金等领域多孔颗粒在气体中的曳力系数的测量。
[0008](二)技术方案
[0009]为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：
[0010]一种多孔非球形颗粒曳力系数的测量装置，其特征在于，装置包括流化床本体、颗粒床层、空气供给系统、固定系统、曳力测量系统和孔隙率测量系统；所述流化床本体包括圆柱筒体和布风板；所述颗粒床层置于所述圆柱筒体内；所述空气供给系统经由管道与圆
柱筒体底部相通，为所述流化床本体提供气流；所述固定系统用于固定所述流化床本体；所述曳力测量系统与所述颗粒床层内各颗粒相连以测量拉力；所述孔隙率测量系统置于所述流化床本体外部，用于测量所述颗粒床层内单颗粒的孔隙率。
[0011]进一步的，所述布风板为等径多孔设置，所述布风板包括第一布风板和第二布风板，所述第一布风板置于圆柱筒体顶端，所述第二布风板置于所述圆柱筒体底端上方且与所述第一布风板平行。
[0012]进一步的，所述圆柱筒体为顶端敞口、底端封闭的圆柱体结构；并在筒内设置一定高度的流动区间，此区间应适当远离筒体底端，且所述圆柱筒体的直径应远大于颗粒床层的直径。
[0013]进一步的，颗粒床层由若干个形状大小均相等的多孔颗粒组成，上下颗粒为错位排布。
[0014]进一步的，所述曳力测量系统包括若干拉力计和细线，所述细线包括第一细线组和第二细线组，第一细线组一头与第一拉力计相连，另一头有若干个分支并穿过所述第一布风板与颗粒床层内各个颗粒相连；第二细线组由若干细线组成，一端与颗粒床层内颗粒相连，另一端与第二拉力计组相连；所述第一细线组任一分支和第二细线组任一细线长度之和应大于所述圆柱筒体的高度。
[0015]进一步的，所述空气供给系统包括空气压缩机、干燥器、流量计和阀门，所述流量计应可调节流量以调整流化床本体内气体流速。
[0016]进一步的，所述第二细线组的细线长度应准确把控，确保气体稳定后颗粒床层内颗粒所处位置准确无误。
[0017]进一步的，所述孔隙率测量系统包括孔隙填充装置、石蜡和水箱，蜡封过程中若待测颗粒表面存在气泡，应刮去此处石蜡重新蜡封。
[0018]本专利技术还提供一种利用上述装置的多孔非球形颗粒曳力系数的测量方法，该方法包括如下步骤：
[0019]S1、将所述装置组装就绪，读取第一拉力计的数据，记为F1，此时可计算得出颗粒床层内颗粒的总体积V
p
；
[0020]S2、打开阀门，使空气压缩机内的空气通过管道经由流量计流入圆柱筒体，通过调节流量计控制圆柱筒体内的气体流速；
[0021]S3、待第二细线组拉直且待测颗粒静止不动后，读取流量计的刻度尺，得到气体的流速u
f
，并读取此时第二拉力计组的数据，记为F
2i
(1≤i≤n，n为颗粒个数)；
[0022]S4、通过所测数据F1、F
2i
并根据牛顿第二定律计算得到各个颗粒所受曳力F
Di
；
[0023]S5、通过所测数据u
f
和所计算数据F
Di
计算得到各个颗粒的曳力系数C
Di
。
[0024]S6、取下单个待测颗粒，将待测颗粒的孔隙用CaCO3粉末填充并压实，读取此时拉力计读数F3；
[0025]S7、将填充完的待测颗粒浸没在融化的石蜡中，取出后令其在室温下冷却凝固并读取此时第三拉力计读数F4，F4‑
F3即为石蜡的重量，可计算得出石蜡的体积V
蜡
；
[0026]S8、将封完蜡的待测颗粒浸没在清水中，读出此时第三拉力计的读数F5，F4‑
F5即为待测颗粒所受浮力，可计算得到总体积V
总
，V
总
‑
V
蜡
即为待测颗粒的参考体积V0，最终可计算得出孔隙率ε。
[0027](三)有益效果
[0028]本专利技术的有益效果是：
[0029]本专利技术结构简单、成本低、操作方便、易于维护；可以测量不同空隙度下任意颗粒的孔隙率以及任意气速时颗粒的曳力系数，可为研究气固两相流奠定理论基础。
附图说明
[0030]图1为本专利技术曳力测量装置组装示意图。
[0031]图2为颗粒床层的正视图和俯视图。
[0032]图3为本专利技术中待测颗粒受力分析图。
[0033]图4为本专利技术孔隙率测量装置组装示意图。
[0034]【附图标记说明】
[0035]1：第一压力表；
[0036]2：空气压缩机；
[0037]3：干燥器；
[0038]4：第一泄压阀；
[0039]5：第二泄压阀；
[0040]6：流量计；
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多孔非球形颗粒曳力系数的测量装置，其特征在于，装置包括流化床本体、颗粒床层、空气供给系统、固定系统、曳力测量系统和孔隙率测量系统；所述流化床本体包括圆柱筒体和布风板；所述颗粒床层置于所述圆柱筒体内；所述空气供给系统经由管道与圆柱筒体底部相通，为所述流化床本体提供气流；所述固定系统用于固定所述流化床本体；所述曳力测量系统与所述颗粒床层内各颗粒相连以测量拉力；所述孔隙率测量系统置于所述流化床本体外部，用于测量所述颗粒床层内单颗粒的孔隙率。2.如权利要求1所述的一种多孔非球形颗粒曳力系数的测量装置，其特征在于，所述布风板为等径多孔设置，所述布风板包括第一布风板和第二布风板，所述第一布风板置于圆柱筒体顶端，所述第二布风板置于所述圆柱筒体底端上方且与所述第一布风板平行。3.如权利要求1所述的一种多孔非球形颗粒曳力系数的测量装置，其特征在于，所述圆柱筒体为顶端敞口、底端封闭的圆柱体结构；并在筒内设置一定高度的流动区间，此区间应适当远离筒体底端，且所述圆柱筒体的直径应远大于颗粒床层的直径。4.如权利要求1所述的一种多孔非球形颗粒曳力系数的测量装置，其特征在于，颗粒床层由若干个形状大小均相等的多孔颗粒组成，上下颗粒为错位排布。5.如权利要求1所述的一种多孔非球形颗粒曳力系数的测量装置，其特征在于，所述曳力测量系统包括若干拉力计和细线，所述细线包括第一细线组和第二细线组，第一细线组一头与第一拉力计相连，另一头有若干个分支并穿过所述第一布风板与颗粒床层内各个颗粒相连；第二细线组由若干细线组成，一端与颗粒床层内颗粒相连，另一端与第二拉力计组相连；所述第一细线组任一分支和第二细线组任一细线长度之和应大于所述圆柱筒体的高度。6.如权利要求1所述的一种多孔非球形颗粒曳力系数的测量装置，其特征在于，所述空气供给系统包括空气压缩机、干燥器、流量计和阀门，所述流量计应可调节流量以调整流化床本体内气体流速。7.权利要求1所述的一种多孔非球形颗粒曳力系数的测量装置，其特征在于，所述第二细线组的细线长度应...
【专利技术属性】
技术研发人员：张浩，缪海山，安希忠，杨晓红，邹清川，付海涛，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：
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