100mm喷动床内颗粒粒径与静床高度对速度场影响的PIV研究

本文主要探讨了在喷动床这一重要的流态化工程技术中的一个重要课题——颗粒速度场的测量。作者杨斌、高鹏飞、任莹辉和马晓迅通过对内径为100毫米的喷动床进行粒子图像测速（Particle Image Velocimetry, PIV）实验，深入研究了颗粒粒径以及静床层高度对喷动状态下喷泉区颗粒速度分布的影响。他们的研究基于博士点新教师基金和陕西省自然科学基础研究计划青年人才项目的资助，体现了科研团队对实验流体力学和多相流技术的深入探究。 实验结果显示，当静床层高度为180毫米时，无论是何种粒径的颗粒，其速度场都会出现一个半椭圆形的区域，这个区域内的颗粒速度极低，表明此处颗粒碰撞最为频繁，从而对喷动床的磨蚀效果最佳。值得注意的是，这个极低速度区域在整个喷泉区的比例δ随颗粒粒径增大而减小，这意味着粒径较大的颗粒对喷动床动力学行为的影响可能更集中于特定区域。 进一步地，当颗粒粒径固定为0.72毫米时，静床层高度对速度场的影响更为显著。当静床层高度大于或等于180毫米时，同样出现半椭圆形速度极小区域，且随着静床层高度增加，这个区域的特征也随之减小。然而，当静床层高度低于180毫米时，这个速度极小区域的顶部与喷泉区顶部相连，显示出动态平衡与床层高度的密切关系。 该研究不仅提供了关于喷动床内颗粒速度场的关键数据，还为优化喷动床的设计和操作条件，如选择合适的颗粒粒径和静床层高度，以实现高效能和长寿命的喷动床运行，提供了重要的科学依据。此外，这项工作也展示了PIV技术在流态化工程领域的应用价值，即通过精确测量来揭示复杂流体系统的动态特性。该研究对于理解喷动床内部的流动模式和颗粒行为具有重要意义，对于相关领域的工程师和研究人员具有很高的参考价值。