第10卷第3期 2010年6月
过程工程学报
The Chinese Journal of Process Engineering
声场流化床中超细颗粒聚团受力与尺寸
苏吉，朱庆山
(中国科学院过程工程研究所，北京100190)
Vol.10 No.3 June2010
摘要：在内径40mm的流化床中，采用平均粒径为7.4μm的超细铁矿颗粒进行声场流态化实验.结果显示，聚团尺寸随声压级增大逐渐减小，在固定声压级的条件下存在最优声波频率，本实验为130Hz.由铁矿题粒声场流态化中聚团受力分析提出案团受力平衡模型，当促进案团破碎的力和促进聚固形成的力相等时，计算出一定频率不同声压级下的聚团尺寸，在频率130Hz、声压120.5db下，根据模型计算得到的聚团直径为384μm，而通过最小流化递度计算值为367μm，二者较接近
关键词：声场流化床；聚团大小；聚团受力平衡模型：声压级
中图分类号：TQ051 1前言
文献标识码：A
文章编号：1009-606X(2010)03-0431-07
细颗粒聚团尺寸的研究中，从聚团受力平衡的角度研究作用于聚团的各种力得到聚团尺寸的方法尚未见系统
一股平均粒径小于20um的颗粒统称为超细颖粒或粘性颗粒[]，因其特殊的物理和化学性质，超细颗粒作为一种新型材料引起了众多研究者的关注。由于流态化技术具有高的传质和传热效率，使其在颗粒制备、改性和催化反应等方面得到了广泛应用，然而，超细颗粒的流化特性与普通粉体有很大差异，在较低气速时由于原生颗粒间具有很强的粘性力作用（主要包括范德华力、毛细张力、静电力、液体架桥力等），导致其极易形成数量众多、大小不一的聚团，产生节涌、沟流、聚团等不良行为，难以正常流化，极大地限制了流态化技术的应用。目前研究表明，外加力场，如振动场、磁场、声场等可改善超细颗粒的流化质量：与其他外力场相比，声场流态化对床型设备要求不高，只需采用辐射方式引入流化床，不受颗粒物性的限制，因此受到产泛关注，
众多研究者对不同种类、不同粒径超细颗粒的声场流态化进行了实验研究，涉及声波频率[2.3]、声压级[2,3] 波形[4]、气泡特点[}]、颗粒聚团[]、声波改善超细颗粒流化质量的机理[7,8等，普遍认为声波频率低于1000Hz、声压级高于110b的声场条件可有效抑制流化过程中的节涌和沟流，减小流化床中超细颗粒的聚团尺寸，使之在较低气速下实现均匀稳定流化，显署改善流化质量， Guo等19在对粒径5~10nm的SiO2颗粒进行声场流态化实验过程中发展了能量平衡模型，该模型指出空气流动剪切能与声场提供的能量之和与破碎聚团所需的能量平衡，并通过实验得到临界声波频率和声压级2个参数，在此基础上计算出聚团大小，然而，在对声场流化床超
报道，而聚团受力平衡方法可从机理上探讨颗粒间的相互作用及其对聚团形成与破碎的影响，对声场流化床的设计和放大具有重要意义，
本工作采用平均粒径为7.4μm的超细铁矿颗粒为原料进行声场流态化实验，对流态化过程中铁矿颖粒聚团进行受力分析，建立了聚团受力平衡模型，同时通过实验确定了最优声波频率，在最优声波频率条件下实验研究不同声压级时的聚团尺寸，将模型计算结果与实际聚团大小进行了比较，
2.
声场流化床中聚团受力平衡模型的建立
众多研究者[10,11]在用超细颗粒进行流态化实验时
发现，随气速逐新增大，流化一股经历淘流、节涌、裂等状态，最后实现团流化，为进一步建立声场流化床中聚团的受力模型，作如下假设：(1)聚团呈球形且碰撞破碎后形成大小相等的聚团：(2)忽略壁效应；(3)颗粒完全干燥，不考虑液体架桥力在声场流态化过程中，促进聚团破碎的力F,和促进团聚的力F，相互作用，决定了聚团的大小
2.1声波作用于聚团的力
由于阻抗不同，声波由气相向固相传播的过程中会发生反射和透射，位于流化床上部的扬声器发出的入射声波沿床层轴向传播时，在分布板处发生反射和透射，由于反射边界是固体，入射声波和反射声波幅值相等，且二者的相位角为0，因此，入射声波和反射声波叠加，使流化床中声压的轴向分布[12,13]为
收摘日期：2010-03-25，修图日期：201005-24
基金项目：国家重点基础研充发展规划(973)基金资助项目(编号：2007C13613502)
作者篇介：苏吉(1983-)，女，河北省承德市人，硕士研究生，化学工程专业；朱庆山，通讯联系人，Tel:010-62528549,E-mail:qszhu@bome.ipe.ac.cn 万方数据