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莫來石蜂窩陶瓷蓄熱體的阻力特性
來源:|作者:金瑞 |發(fā)布時(shí)間:2021-04-02 |次瀏覽
通過搭建的蜂窩陶瓷蓄熱體阻力特性實(shí)驗(yàn)臺(tái)，對(duì)莫來石蜂窩陶瓷的阻力特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。研究表明：蜂窩陶瓷的阻力損失隨蓄熱體長度增加而，隨孔隙率增加而減?。辉诜涓C陶
本文以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過搭建的蜂窩陶瓷蓄熱體阻力特性實(shí)驗(yàn)臺(tái)，對(duì)莫來石蜂窩陶瓷的阻力特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。研究表明：蜂窩陶瓷的阻力損失隨蓄熱體長度增加而，隨孔隙率增加而減?。辉诜涓C陶瓷的長度一定時(shí)，其阻力損失隨雷諾數(shù)增加而，隨氣體流速增加而。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到了蜂窩陶瓷蓄熱體摩擦阻力系數(shù)實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，為煤礦乏風(fēng)氧化裝置的設(shè)計(jì)提供了數(shù)據(jù)支持。
煤礦瓦斯的主要成分為甲烷，是質(zhì)潔凈的氣體能源，但同時(shí)也是煤礦生產(chǎn)中大的隱患。為了提高煤礦生產(chǎn)的性，通常采用大量通風(fēng)來排敝煤礦瓦斯(稱為礦井乏風(fēng)，Ventilation Air Methane，簡稱VAM)。煤礦乏風(fēng)中的甲烷濃度非常低(_制、于l％)，濃度波動(dòng)范圍大，直接作為主燃料使用受到了一定的限制，幾乎所有的煤礦都沒有嘗試回收和處理礦井乏風(fēng)中的甲烷，而直接將其排入大氣之中，對(duì)大氣環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染ll--日。煤礦乏風(fēng)逆流氧化技術(shù)是一種既可以有效氧化乏風(fēng)甲烷又能回收利用多余熱量的技術(shù)，具有非常廣闊的推廣前景瑚。
蜂窩陶瓷蓄熱體是乏風(fēng)氧化裝置的關(guān)鍵部件，蓄熱體應(yīng)具備良好的阻力性能，如果蓄熱體阻力過大，則會(huì)響到蓄熱室進(jìn)風(fēng)的速度、流量。從而使動(dòng)力消耗過高麗削弱蓄熱體的熱回收效果，影響到整個(gè)裝置的效率[14-坷。莫來石蜂窩陶瓷是常用的煤礦乏風(fēng)氧化裝置蓄熱體，本文通過搭建陶瓷蓄熱體阻力特性實(shí)驗(yàn)臺(tái)，以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，對(duì)多種莫來石蜂窩陶瓷的阻力性能進(jìn)行研究，為乏風(fēng)氧化裝置的設(shè)計(jì)利用提供理論依據(jù)。
1試驗(yàn)系統(tǒng)和試驗(yàn)對(duì)象
1。1蜂窩陶瓷阻力損失
蜂窩陶瓷蓄熱體是由許多大小相同的方形通道組成，由于其低壓力損失、大比表面等點(diǎn)而被應(yīng)用于乏風(fēng)氧化裝置。根據(jù)氣體在蓄熱室內(nèi)流動(dòng)的特點(diǎn)，氣體流入蓄熱體時(shí)。由于流通截面縮小產(chǎn)生的局部阻力損失△p1，空氣流過蓄熱體時(shí)的沿程阻力損失Ap，空氣流出蓄熱體時(shí)因截面突然擴(kuò)大造成阻力損失△p2。如圖I所示。
氣體流經(jīng)蓄熱室時(shí)蓄熱體總的阻力損失為：
∑L∑p=Apl+△p一△p (1)
蜂窩陶瓷蓄熱體的摩擦阻力系數(shù)如式(2)所示：
式中，偽蓄熱體摩擦阻力系數(shù)；p。為流體密度；8為蓄熱體的孔隙率；v。為表觀速度；D。為當(dāng)量直徑；K-為進(jìn)口壓力損失系數(shù)，蜂窩陶瓷蓄熱體為1．04；K'‘為出口壓力損失系數(shù)，蜂窩陶瓷蓄熱體為-0．3；L為蓄熱體長度。
1．2試驗(yàn)系統(tǒng)
蜂窩陶瓷阻力特性實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要包括配風(fēng)系統(tǒng)、蓄熱室、監(jiān)測控制系統(tǒng)三部分。實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要由風(fēng)機(jī)、流量調(diào)節(jié)閥、燃燒器、蓄熱室、微壓差變送器、熱電偶及保溫材料組成。蜂窩陶瓷蓄熱體阻力特性實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖2所示。實(shí)驗(yàn)臺(tái)工作流程為：打開風(fēng)機(jī)5,6，點(diǎn)燃燃燒器，調(diào)節(jié)閥7,8調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)進(jìn)入混風(fēng)室的風(fēng)量，在混風(fēng)室試驗(yàn)要求的流量溫度穩(wěn)定的熱風(fēng)。混風(fēng)室內(nèi)形成的熱風(fēng)流過蓄熱室，加熱蜂窩陶瓷蓄熱體，終由排氣尾管將尾氣排出。通過調(diào)節(jié)流量閥9可以有效尾氣溫度過高。蓄熱室兩端的微壓計(jì)將測得的流體流經(jīng)蓄熱體時(shí)產(chǎn)生的壓力降和熱電偶組測得的蓄熱體溫度傳遞給監(jiān)測控制系統(tǒng)，監(jiān)測控制系統(tǒng)則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)保存處理。
1．3試驗(yàn)對(duì)象
本文主要研究蜂窩陶瓷蓄熱體長度、孔隙率以及流速變化對(duì)蓄熱體壓力損失的影響，實(shí)驗(yàn)所用莫來石蜂窩陶瓷的主要參數(shù)如表l所示。
2試驗(yàn)結(jié)果與分析
2．1陶瓷蓄熱體長度對(duì)阻力損失的影響圖3和4為不同表觀流速下蓄熱體長度變化對(duì)阻力損失的影響。
由圖3可知，在相同表觀流速下，蓄熱體內(nèi)氣體壓力損失隨蓄熱體長度增加而增加。在相同蓄熱體長度下，蓄熱體內(nèi)氣體壓力損失隨氣體流速的增加而變大。由圖4可知：在相同雷諾數(shù)下，蓄熱體內(nèi)壓力損失隨著蓄熱體長度的增加而增加，在相同蓄熱體長度下，蓄熱體內(nèi)壓力損失隨雷諾數(shù)的增加而增加。在蓄熱體長度小于300mm、雷諾數(shù)小于600時(shí)，蓄熱體內(nèi)壓力損失變化比較大，呈不規(guī)則增加，在蓄熱體長度大于300ram、雷諾數(shù)大于600時(shí)，蓄熱體內(nèi)壓力損失隨蓄熱體長度變化呈現(xiàn)出較好的線性增加趨勢。這主要是因?yàn)樾顭狍w長度較短、雷諾數(shù)較低時(shí)，流體流速較低，且處于流動(dòng)入口段。這時(shí)入口段效應(yīng)比較明顯，蓄熱體局部壓力損失當(dāng)然也就越大，ilP Ap。在總壓降中的比例增加。但隨著蓄熱體長度的增加，表觀流速增加，入口段效應(yīng)逐漸減弱，并且對(duì)于—給定的流道，在一定流速下，入I：1段長徑比是一個(gè)定值，而且入口段效應(yīng)主要集中在進(jìn)口區(qū)域，隨著流道長度的，△p在總壓降中的比例增加，實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)蓄熱體長度超過300ram時(shí)，對(duì)于蜂窩陶瓷蓄熱體入口段效應(yīng)可以忽略。
2．2孔隙率對(duì)阻力損失的影響
孔隙率是影響載體內(nèi)氣體壓力損失的一個(gè)復(fù)雜因素?？紫堵试跀?shù)值于蓄熱體表面孔的內(nèi)邊長與外邊長的平方比。因此，改變孔邊長，蓄熱體的孔隙率也會(huì)做相應(yīng)改變。而即使孔邊長相同，由于不同的孔型對(duì)蓄熱體的阻力損失也會(huì)產(chǎn)生一定影響，所以為得出蓄熱體孔隙率對(duì)蓄熱體內(nèi)壓力損失的影響關(guān)系，實(shí)驗(yàn)在保持蓄熱體材質(zhì)、孔型不變的情況下，選用不同孔隙率的蓄熱體進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。圖5為不同表觀流速下蓄熱體阻力損失與蓄熱體孔隙率之間的關(guān)系。
由圖5可知在蓄熱體孔型一定的情況下，蓄熱體內(nèi)壓力損失隨著流速的而。在相同流速下，蓄熱體體內(nèi)氣體壓力損失隨著載體的孔隙率的增加而變小，這是因?yàn)樵诳仔秃托顭狍w橫截面積一定時(shí)，隨著蓄熱體孔隙率，蓄熱體的當(dāng)量直徑也會(huì)有所增加。蓄熱體當(dāng)量直徑的增加使蓄熱體內(nèi)氣體的流通性能，并且蓄熱體的沿程阻力損失與蓄熱體的當(dāng)量直徑在理論上成反比。圖6為不同孔隙率蓄熱體壓力損失隨雷諾數(shù)的變化情況，由圖可知，其壓力損失隨蓄熱體孔隙率的變化規(guī)律與圖6中壓力損失隨氣體流速之間的變化規(guī)律相—致。
由圖5可知在蓄熱體孔型一定的情況下，蓄熱體內(nèi)壓力損失隨著流速的而。在相同流速下，蓄熱體體內(nèi)氣體壓力損失隨著載體的孔隙率的增加而變小，這是因?yàn)樵诳仔秃托顭狍w橫截面積一定時(shí)，隨著蓄熱體孔隙率，蓄熱體的當(dāng)量直徑也會(huì)有所增加。蓄熱體當(dāng)量直徑的增加使蓄熱體內(nèi)氣體的流通性能，并且蓄熱體的沿程阻力損失與蓄熱體的當(dāng)量直徑在理論上成反比。圖6為不同孔隙率蓄熱體壓力損失隨雷諾數(shù)的變化情況，由圖可知，其壓力損失隨蓄熱體孔隙率的變化規(guī)律與圖6中壓力損失隨氣體流速之間的變化規(guī)律相—致。
2．3陶瓷蓄熱體摩擦阻力系數(shù)實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式
蜂窩陶瓷的摩擦阻力系數(shù)受孔隙率、表觀流速、當(dāng)量直徑等因素的影響，關(guān)系復(fù)雜。經(jīng)化簡式(2)可表示為式(3)：
綜合以上多種不同參數(shù)的蜂窩陶瓷蓄熱體實(shí)驗(yàn)
研究所得到的數(shù)據(jù)，采用小二乘法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出蓄熱體摩擦阻力系數(shù)的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式為：
從圖7中以看出，實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相吻合，數(shù)據(jù)偏離關(guān)聯(lián)式算術(shù)平均偏差為9．60％。關(guān)聯(lián)式適用于孔隙率為50％一70％，當(dāng)量直徑為2mm一4mm，陶瓷長度為100mm一600ram，Re為200—12000
3結(jié)論
(1)蜂窩陶瓷阻力損失隨蓄熱體長度增加而。在蓄熱體長度一定時(shí)，蓄熱體阻力損失隨雷諾數(shù)增加而。
(2)蓄熱體阻力損失隨孔隙率增加而減小。在蓄熱體孔隙率—定時(shí)，蓄熱體阻力損失隨雷諾數(shù)增加而。
(3)同一蓄熱體阻力損失隨氣體流速增加而。
(4)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到了莫來石蜂窩陶瓷蓄熱體摩擦阻力系數(shù)的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，為煤礦乏風(fēng)氧化裝置的設(shè)計(jì)提供了數(shù)據(jù)支持。
