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莫來(lái)石蜂窩陶瓷蓄熱體的阻力特性
來(lái)源:|作者:金瑞 |發(fā)布時(shí)間:2021-04-02 |次瀏覽
通過(guò)搭建的蜂窩陶瓷蓄熱體阻力特性實(shí)驗臺，對莫來(lái)石蜂窩陶瓷的阻力特性進(jìn)行了實(shí)驗研究。研究表明：蜂窩陶瓷的阻力損失隨蓄熱體長(cháng)度增加而，隨孔隙率增加而減小；在蜂窩陶
本文以實(shí)驗為基礎，通過(guò)搭建的蜂窩陶瓷蓄熱體阻力特性實(shí)驗臺，對莫來(lái)石蜂窩陶瓷的阻力特性進(jìn)行了實(shí)驗研究。研究表明：蜂窩陶瓷的阻力損失隨蓄熱體長(cháng)度增加而，隨孔隙率增加而減小；在蜂窩陶瓷的長(cháng)度一定時(shí)，其阻力損失隨雷諾數增加而，隨氣體流速增加而。根據實(shí)驗數據得到了蜂窩陶瓷蓄熱體摩擦阻力系數實(shí)驗關(guān)聯(lián)式，為煤礦乏風(fēng)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(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(lái)排敝煤礦瓦斯(稱(chēng)為礦井乏風(fēng)，Ventilation Air Methane，簡(jiǎn)稱(chēng)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(méi)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，對大氣環(huán)境造成了嚴重的污染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，蓄熱體應具備良好的阻力性能，如果蓄熱體阻力過(guò)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(guò)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(lái)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(guò)搭建陶瓷蓄熱體阻力特性實(shí)驗臺，以實(shí)驗為基礎，對多種莫來(lái)石蜂窩陶瓷的阻力性能進(jìn)行研究，為乏風(fēng)氧化裝置的設計利用提供理論依據。
1試驗系統和試驗對象
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(diǎn)而被應用于乏風(fēng)氧化裝置。根據氣體在蓄熱室內流動(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(guò)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(guān)速度；D。為當量直徑；K-為進(jìn)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(cháng)度。
1．2試驗系統
蜂窩陶瓷阻力特性實(shí)驗臺主要包括配風(fēng)系統、蓄熱室、監測控制系統三部分。實(shí)驗臺主要由風(fēng)機、流量調節閥、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)驗臺結構如圖2所示。實(shí)驗臺工作流程為：打開(kāi)風(fēng)機5,6，點(diǎn)燃燃燒器，調節閥7,8調節風(fēng)機進(jìn)入混風(fēng)室的風(fēng)量，在混風(fēng)室試驗要求的流量溫度穩定的熱風(fēng)。混風(fēng)室內形成的熱風(fēng)流過(guò)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(guò)調節流量閥9可以有效尾氣溫度過(guò)高。蓄熱室兩端的微壓計將測得的流體流經(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測控制系統，監測控制系統則對數據進(jìn)行實(shí)時(shí)保存處理。
1．3試驗對象
本文主要研究蜂窩陶瓷蓄熱體長(cháng)度、孔隙率以及流速變化對蓄熱體壓力損失的影響，實(shí)驗所用莫來(lái)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(cháng)度對阻力損失的影響圖3和4為不同表觀(guān)流速下蓄熱體長(cháng)度變化對阻力損失的影響。
由圖3可知，在相同表觀(guān)流速下，蓄熱體內氣體壓力損失隨蓄熱體長(cháng)度增加而增加。在相同蓄熱體長(cháng)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(zhù)蓄熱體長(cháng)度的增加而增加，在相同蓄熱體長(cháng)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(cháng)度小于300mm、雷諾數小于600時(shí)，蓄熱體內壓力損失變化比較大，呈不規則增加，在蓄熱體長(cháng)度大于300ram、雷諾數大于600時(shí)，蓄熱體內壓力損失隨蓄熱體長(cháng)度變化呈現出較好的線(xiàn)性增加趨勢。這主要是因為蓄熱體長(cháng)度較短、雷諾數較低時(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(zhù)蓄熱體長(cháng)度的增加，表觀(guān)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(cháng)徑比是一個(gè)定值，而且入口段效應主要集中在進(jìn)口區域，隨著(zhù)流道長(cháng)度的，△p在總壓降中的比例增加，實(shí)驗表明當蓄熱體長(cháng)度超過(guò)300ram時(shí)，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(gè)復雜因素。孔隙率在數值于蓄熱體表面孔的內邊長(cháng)與外邊長(cháng)的平方比。因此，改變孔邊長(cháng)，蓄熱體的孔隙率也會(huì )做相應改變。而即使孔邊長(cháng)相同，由于不同的孔型對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蓄熱體內壓力損失的影響關(guān)系，實(shí)驗在保持蓄熱體材質(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。圖5為不同表觀(guān)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，蓄熱體內壓力損失隨著(zhù)流速的而。在相同流速下，蓄熱體體內氣體壓力損失隨著(zhù)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(shí)，隨著(zhù)蓄熱體孔隙率，蓄熱體的當量直徑也會(huì )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律與圖6中壓力損失隨氣體流速之間的變化規律相—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(zhù)流速的而。在相同流速下，蓄熱體體內氣體壓力損失隨著(zhù)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(shí)，隨著(zhù)蓄熱體孔隙率，蓄熱體的當量直徑也會(huì )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律與圖6中壓力損失隨氣體流速之間的變化規律相—致。
2．3陶瓷蓄熱體摩擦阻力系數實(shí)驗關(guān)聯(lián)式
蜂窩陶瓷的摩擦阻力系數受孔隙率、表觀(guān)流速、當量直徑等因素的影響，關(guān)系復雜。經(jīng)化簡(jiǎn)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(shí)驗
研究所得到的數據，采用小二乘法處理實(shí)驗數據，得出蓄熱體摩擦阻力系數的實(shí)驗關(guān)聯(lián)式為：
從圖7中以看出，實(shí)驗關(guān)聯(lián)式計算值與實(shí)驗數據相吻合，數據偏離關(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％，當量直徑為2mm一4mm，陶瓷長(cháng)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(cháng)度增加而。在蓄熱體長(cháng)度一定時(shí)，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(shí)，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(shí)驗數據得到了莫來(lái)石蜂窩陶瓷蓄熱體摩擦阻力系數的實(shí)驗關(guān)聯(lián)式，為煤礦乏風(fēng)氧化裝置的設計提供了數據支持。
