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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)布時間:2021-04-02 |次瀏覽
通過搭建的蜂窩陶瓷蓄熱體阻力特性實驗臺，對莫來石蜂窩陶瓷的阻力特性進行了實驗研究。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??；在蜂窩陶
本文以實驗為基礎，通過搭建的蜂窩陶瓷蓄熱體阻力特性實驗臺，對莫來石蜂窩陶瓷的阻力特性進行了實驗研究。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??；在蜂窩陶瓷的長度一定時，其阻力損失隨雷諾數增加而，隨氣體流速增加而。根據實驗數據得到了蜂窩陶瓷蓄熱體摩擦阻力系數實驗關聯式，為煤礦乏風氧化裝置的設計提供了數據支持。
煤礦瓦斯的主要成分為甲烷，是質潔凈的氣體能源，但同時也是煤礦生產中大的隱患。為了提高煤礦生產的性，通常采用大量通風來排敝煤礦瓦斯(稱為礦井乏風，Ventilation Air Methane，簡稱VAM)。煤礦乏風中的甲烷濃度非常低(_制、于l％)，濃度波動范圍大，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中的甲烷，而直接將其排入大氣之中，對大氣環(huán)境造成了嚴重的污染ll--日。煤礦乏風逆流氧化技術是一種既可以有效氧化乏風甲烷又能回收利用多余熱量的技術，具有非常廣闊的推廣前景瑚。
蜂窩陶瓷蓄熱體是乏風氧化裝置的關鍵部件，蓄熱體應具備良好的阻力性能，如果蓄熱體阻力過大，則會響到蓄熱室進風的速度、流量。從而使動力消耗過高麗削弱蓄熱體的熱回收效果，影響到整個裝置的效率[14-坷。莫來石蜂窩陶瓷是常用的煤礦乏風氧化裝置蓄熱體，本文通過搭建陶瓷蓄熱體阻力特性實驗臺，以實驗為基礎，對多種莫來石蜂窩陶瓷的阻力性能進行研究，為乏風氧化裝置的設計利用提供理論依據。
1試驗系統(tǒng)和試驗對象
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、大比表面等點而被應用于乏風氧化裝置。根據氣體在蓄熱室內流動的特點，氣體流入蓄熱體時。由于流通截面縮小產生的局部阻力損失△p1，空氣流過蓄熱體時的沿程阻力損失Ap，空氣流出蓄熱體時因截面突然擴大造成阻力損失△p2。如圖I所示。
氣體流經蓄熱室時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如式(2)所示：
式中，偽蓄熱體摩擦阻力系數；p。為流體密度；8為蓄熱體的孔隙率；v。為表觀速度；D。為當量直徑；K-為進口壓力損失系數，蜂窩陶瓷蓄熱體為1．04；K'‘為出口壓力損失系數，蜂窩陶瓷蓄熱體為-0．3；L為蓄熱體長度。
1．2試驗系統(tǒng)
蜂窩陶瓷阻力特性實驗臺主要包括配風系統(tǒng)、蓄熱室、監(jiān)測控制系統(tǒng)三部分。實驗臺主要由風機、流量調節(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驗臺結構如圖2所示。實驗臺工作流程為：打開風機5,6，點燃燃燒器，調節(jié)閥7,8調節(jié)風機進入混風室的風量，在混風室試驗要求的流量溫度穩(wěn)定的熱風。混風室內形成的熱風流過蓄熱室，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將測得的流體流經蓄熱體時產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)則對數據進行實時保存處理。
1．3試驗對象
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蓄熱體壓力損失的影響，實驗所用莫來石蜂窩陶瓷的主要參數如表l所示。
2試驗結果與分析
2．1陶瓷蓄熱體長度對阻力損失的影響圖3和4為不同表觀流速下蓄熱體長度變化對阻力損失的影響。
由圖3可知，在相同表觀流速下，蓄熱體內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：在相同雷諾數下，蓄熱體內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，蓄熱體內壓力損失隨雷諾數的增加而增加。在蓄熱體長度小于300mm、雷諾數小于600時，蓄熱體內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、雷諾數大于600時，蓄熱體內壓力損失隨蓄熱體長度變化呈現出較好的線性增加趨勢。這主要是因為蓄熱體長度較短、雷諾數較低時，流體流速較低，且處于流動入口段。這時入口段效應比較明顯，蓄熱體局部壓力損失當然也就越大，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，入口段效應逐漸減弱，并且對于—給定的流道，在一定流速下，入I：1段長徑比是一個定值，而且入口段效應主要集中在進口區(qū)域，隨著流道長度的，△p在總壓降中的比例增加，實驗表明當蓄熱體長度超過300ram時，對于蜂窩陶瓷蓄熱體入口段效應可以忽略。
2．2孔隙率對阻力損失的影響
孔隙率是影響載體內氣體壓力損失的一個復雜因素?？紫堵试跀抵涤谛顭狍w表面孔的內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做相應改變。而即使孔邊長相同，由于不同的孔型對蓄熱體的阻力損失也會產生一定影響，所以為得出蓄熱體孔隙率對蓄熱體內壓力損失的影響關系，實驗在保持蓄熱體材質、孔型不變的情況下，選用不同孔隙率的蓄熱體進行相關實驗。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系。
由圖5可知在蓄熱體孔型一定的情況下，蓄熱體內壓力損失隨著流速的而。在相同流速下，蓄熱體體內氣體壓力損失隨著載體的孔隙率的增加而變小，這是因為在孔型和蓄熱體橫截面積一定時，隨著蓄熱體孔隙率，蓄熱體的當量直徑也會有所增加。蓄熱體當量直徑的增加使蓄熱體內氣體的流通性能，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，蓄熱體內壓力損失隨著流速的而。在相同流速下，蓄熱體體內氣體壓力損失隨著載體的孔隙率的增加而變小，這是因為在孔型和蓄熱體橫截面積一定時，隨著蓄熱體孔隙率，蓄熱體的當量直徑也會有所增加。蓄熱體當量直徑的增加使蓄熱體內氣體的流通性能，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實驗關聯式
蜂窩陶瓷的摩擦阻力系數受孔隙率、表觀流速、當量直徑等因素的影響，關系復雜。經化簡式(2)可表示為式(3)：
綜合以上多種不同參數的蜂窩陶瓷蓄熱體實驗
研究所得到的數據，采用小二乘法處理實驗數據，得出蓄熱體摩擦阻力系數的實驗關聯式為：
從圖7中以看出，實驗關聯式計算值與實驗數據相吻合，數據偏離關聯式算術平均偏差為9．60％。關聯式適用于孔隙率為50％一70％，當量直徑為2mm一4mm，陶瓷長度為100mm一600ram，Re為200—12000
3結論
(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，蓄熱體阻力損失隨雷諾數增加而。
(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，蓄熱體阻力損失隨雷諾數增加而。
(3)同一蓄熱體阻力損失隨氣體流速增加而。
(4)根據實驗數據得到了莫來石蜂窩陶瓷蓄熱體摩擦阻力系數的實驗關聯式，為煤礦乏風氧化裝置的設計提供了數據支持。
