固体粒子播发器制造技术

固体粒子播发器，为同轴分段密封筒式结构，包括底板、喷嘴、加速段、整流段、流化段和盖板，在加速段和整流段连接处内壁固定安装匀布毫米级通孔的整流板，在整流段和流化段连接处内壁固定安装匀布纳米级缝隙的布风板，布风板上堆放固体粒子，流化段上侧不同高度位置上加工若干层流化物出流口，流化物出流口的轴线与固体粒子播发器的轴线呈１５～５０°夹角。本发明专利技术采用金属粉末烧结压制而成、纳米级缝隙的布风板来分散气流，获得均匀分布的来流，避免了壁面效应的产生；本发明专利技术的各段之间的距离以及布风板、侧壁开孔方式，保证足够的流动阻力，减少进气速度和压力分布不均匀引起的壁面效应，克服了聚式流化的不稳定性，抑制床层中出现沟流和腾涌不正常现象的出现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种固体粒子播发器，属于流体力学、气体动力学和机械

技术介绍
流化床技术是近十几年才得到快速发展并逐渐成熟的一项科学技术，目前其流化 原理已应用在很多工程领域中。利用流体流动的作用，将大量固体颗粒悬浮于流体中并使 之呈现出类似于流体的某些表现特征，这就是固体流态化，借这种固体颗粒的流化状态而 实现某些生产过程的操作，称为流态化技术。姚玉英1997年由天津大学出版社出版的《化工原理》对流化的基本原理进行了阐 述，化学工业出版社出版的由陈炳和、许宁主编的《化学反应过程与设备》阐述了流化的基 本原理，Jacob Bear著由李竟生、陈崇希译、孙纳正校的中国建筑工业出版社1983出版的 《多孔介质流体动力学》，介绍了多孔介质流体动力，刘祥岭、许思龙、刘寿中发表在2008《热 机技术》总第93期的“循环流化床锅炉运用和发展”介绍了流化床的循环过程。这些著作及文章只是对流化的基本原理进行详细阐述和提到在一些具体领域运 用流化技术，并没有就如何设计具体利用流化原理来实现粒子播发的设备。对国内外的公 开文献进行检索也未见专门实现粒子播发的设备。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种应用于流体力学工程 领域的流化床原理设备一固体粒子播发器。本专利技术可应用在流体力学、气体动力学、爆 炸力学等需要进行流场显示、流动速度测量的研究领域，可为流动显示技术、LD V(Iaser Doppler velocimeter) #PIV (particle image velocimeter) ΙΗ ^^ 供均勻的不同尺度(纳米、微米、毫米量级)的粒子分布场，填补了国内外此项技术的空白。本专利技术的技术解决方案是固体粒子播发器，为同轴分段密封筒式结构，包括底 板、喷嘴、加速段、整流段、流化段和盖板，底板和加速段底部固定连接，喷嘴从一侧穿入加 速段底部并与之密封固定连接，加速段和整流段通过法兰连接，在加速段和整流段连接处 内壁固定安装整流板，整流段和流化段通过法兰连接，在整流段和流化段连接处内壁固定 安装布风板，布风板上堆放固体粒子，流化段上侧不同高度位置上加工若干层流化物出流 口，每一层上加工不少于2个流化物出流口，同一层流化物出流口在流化段筒体上均勻分 布，流化物出流口的轴线与固体粒子播发器的轴线呈15 50°夹角，流化段上部与盖板固 定安装，整流板上均勻加工的毫米级通孔，布风板上均勻加工通透的纳米级缝隙。所述的布风板采用粉末冶金工艺制成，其上加工的纳米级缝隙为10 lOOnm。所述的加速段为倒漏斗型结构，底部为圆柱体、中部为圆锥体、上部为圆柱体，中 部圆锥体的锥角为20 50°。所述的加速段底部的长度为中部长度的1/3 2/3。所述的整流段的长度是加速段中部长度的1 1. 5倍。所述的流化段的长度与加速段中部长度之比大于6 1。所述的流化段上加工4层等距的流化物出流口，在流化段1/3 1/2处加工第一 层流化物出流口。所述的固体粒子直径小于500um。所述的喷嘴、整流段和盖板上安装测压装置。所述的整流板的厚度> 3mm。本专利技术的设计原理本专利技术设计主要涉及需播发固态颗粒群、颗粒床层的特性及其影响因素，以及在 床层流态化时存在的几种主要流化形式及其控制因素。1、颗粒群的特性工业中遇到的颗粒群可分为两类单分散性粒子群或多分散性粒子群。本专利技术播撒 的粒子主要是球形颗粒，属于单分散性粒子群，对于播发粒子的评价参数为1)颗粒群的 粒度分布；2)颗粒的平均直径；3)颗粒的堆积密度。2、颗粒床层及其影响因素1)大量的固体颗粒堆积在一起便形成颗粒床层。静止的颗粒床层称为固定床；由 于流体通过床层导致颗粒群流态化称为流化床。2)对床层特性产生重要影响的因素如下(1)床层的空隙率(void volume)(空隙度)g g =(床层体积-颗粒体积)/床层体积；单位m3/m3。空隙率在床层同一截面上的分布是不均勻的。在空器壁面附近，空隙率较大，而在 床层中心处空隙率较小。器壁对空隙率的这种影响称为壁效应。壁效应使得流体通过床层 的速度不均勻。流动阻力较小的近壁处流速较床层内部大。改善壁效应的方法是通过限制 床层直径之比不得小于某极限值。(本专利技术在设计时得出若选用床层直径比颗粒的直径大 得多，则壁效应可忽略，并将其用于本专利技术)经实验测定一般非均勻、非球形颗粒度乱堆床 层的空隙率大致在g = 0. 47-0. 7之间。均勻的球体最松排列时空隙率为g = 0. 48。最紧 排列时空隙率为g = 0. 26。(2)床层的自由截面积(sectional area)床层的自由截面积是指床层截面上未被颗粒占据的，流体可以自由通过的面积。 小颗粒乱堆床层可以认为是各向同性的。各向同性的床层的重要特征之一是其自由截面积 与床层截面积之比在数值上与床层空隙率相等。同床层空隙率一样，由于壁效应的影响，壁 面附近的自由截面积较大。(3)床层的比表面积(surface area)床层的比表面积是指单位体积床层中具有颗粒的表面积(即颗粒与流体接触的 的表面积)。如果忽略床层中颗粒间相互重叠的接触面积，对于空隙率为ε的床层，床层的 比表面积η (其单位m2/m3)与颗粒物料的比表面积a具有如下关系η = a(l_ O。当流体以不同速度由下向上通过固体颗粒床层时，根据流速不同出现的几种流化 态现象情况见图2。1)固定床阶段当流体空塔速度较低时，颗粒所受到曳力较小，能够保持静止状态，流体只能穿过静止颗粒间的空隙而流动，称为固定床，如图2a所示。2)初始或临界流化床阶段初始或临界流化状态当流体空塔速度U稍大于保持固定床速度时颗粒床开始松 动颗粒位置也在一定区域内开始调整，床层略有膨胀，但颗粒仍不能自由活动，床层的表现 称为初始流化或临界流化。如图2b所示。3)流化床阶段当颗粒间流体的实际速度等于颗粒沉淀速度时固体颗粒将悬浮于流体中作随机 运动。床层开始膨胀增高，空隙率也随之增大，此时颗粒与流体之间的摩擦力恰好与其净重 力相平衡。此后床层高度将随流速提高而升高。但颗粒间的实际流速恒等于颗粒沉淀速度。 这种床具有类似流体性质，故称流化床如图2c和图2d所示。原则上，流化床有明显的上界4)稀相输送床阶段若流速在升高达到某一极限值时即颗粒间流体实际流速大于颗粒沉淀速度。流化 床的上界面将消失，颗粒分散悬浮于气流中，并不断被气流带走。这种床称为稀相输送床如 图2e所示。颗粒开始被带出的速度称为带出速度，其数值等于颗粒在该流体中的沉降速度。3、实际流化床中两种不同的流化形式1)散式流化在流态化时，通过床层的流体称为流化介质。散式流化的特点是固体颗粒均勻的 分散在流化介质中，接近于理想的流化床，故也称均勻流化。随流速增大，床层逐渐膨胀而 没有气泡产生，颗粒间的距离均勻增大，床层高度上升，并保持稳定的上界面。通常，两相密 度差小的系统趋向于散式流化。故大多数液_固流化属于散式流化。2)聚式流化对于密度差较大的气_固流化系统，一般趋向于形成聚式流化。在气_固系统的 流化床中超过流化所需最小气量的那部分气体以气泡形式通过颗粒层后，上升至床层上界 面时破裂。这些气泡内可能夹带有少量固体颗粒。此时床层内分为两相，一相是空隙小而 固体浓度大的气固均勻混本文档来自技高网...

【技术保护点】
固体粒子播发器，其特征在于：为同轴分段密封筒式结构，包括底板（１）、喷嘴（２）、加速段（３）、整流段（４）、流化段（５）和盖板（６），底板（１）和加速段（３）底部固定连接，喷嘴（２）从一侧穿入加速段（３）底部并与之密封固定连接，加速段（３）和整流段（４）通过法兰连接，在加速段（３）和整流段（４）连接处内壁固定安装整流板（３１），整流段（４）和流化段（５）通过法兰连接，在整流段（４）和流化段（５）连接处内壁固定安装布风板（５１），布风板（５１）上堆放固体粒子，流化段（５）上侧不同高度位置上加工若干层流化物出流口（５２），每一层上加工不少于２个流化物出流口（５２），同一层流化物出流口（５２）在流化段（５）筒体上均匀分布，流化物出流口（５２）的轴线与固体粒子播发器的轴线呈１５～５０°夹角，流化段（５）上部与盖板（６）固定安装，整流板（３１）上均匀加工的毫米级通孔，布风板（５１）上均匀加工通透的纳米级缝隙。

【技术特征摘要】
固体粒子播发器，其特征在于为同轴分段密封筒式结构，包括底板(1)、喷嘴(2)、加速段(3)、整流段(4)、流化段(5)和盖板(6)，底板(1)和加速段(3)底部固定连接，喷嘴(2)从一侧穿入加速段(3)底部并与之密封固定连接，加速段(3)和整流段(4)通过法兰连接，在加速段(3)和整流段(4)连接处内壁固定安装整流板(31)，整流段(4)和流化段(5)通过法兰连接，在整流段(4)和流化段(5)连接处内壁固定安装布风板(51)，布风板(51)上堆放固体粒子，流化段(5)上侧不同高度位置上加工若干层流化物出流口(52)，每一层上加工不少于2个流化物出流口(52)，同一层流化物出流口(52)在流化段(5)筒体上均匀分布，流化物出流口(52)的轴线与固体粒子播发器的轴线呈15～50°夹角，流化段(5)上部与盖板(6)固定安装，整流板(31)上均匀加工的毫米级通孔，布风板(51)上均匀加工通透的纳米级缝隙。2.根据权利要求1所述的固体粒子播发器，其特征在于所述的布风板(51)采用粉末 冶金工艺制成，其上加工的纳米级缝隙为10 lOOnm。3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：李烺，杨京龙，甘才俊，
申请(专利权)人：中国航天空气动力技术研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]