[发明专利]一种燃料颗粒热态碰撞恢复系数测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明属于能源工程、化学工程领域，特别是一种热态工况下燃料颗粒碰撞恢复系数测量装置及测量方法。 

背景技术

颗粒的碰撞恢复系数可以用颗粒碰撞后的反弹速度与碰撞前的速度的比值来定义，即e＝|V_R|/V，其中V_R是指颗粒碰撞后的反弹速度，V是指颗粒碰撞前的速度，碰撞恢复系数的物理意义在于描述碰撞前后的能量损失大小。 

在流化床燃烧反应器(如流化床、喷动床)的数值模拟中，燃料颗粒(如煤颗粒、生物质颗粒、废塑料颗粒等)的碰撞恢复系数是描述颗粒运动的关键参数之一，利用这一参数，可以方便的计算颗粒在碰撞接触后的速度大小。 

文献(Gibson L T M,et al.Image analysis measurements of particle coefficient of restitution for coal gasification applications[J].Powder Technology,2013,247:30-43.)提供了一种常温条件下煤颗粒碰撞恢复系数的测量方法及装置。 

然而在能源及化工领域，固体燃料流态化燃烧、气化时，颗粒处于高温条件下，燃料颗粒表面的灰层易发生熔融，形成液态物质，此时颗粒间的相互作用本质是湿颗粒的碰撞接触过程。 

区别于干颗粒，由于液相的存在，湿颗粒碰撞过程中还会发生液桥作用，液桥毛细力、粘性力等粘附作用的存在，使得颗粒的碰撞恢复系数将发生明显变化。这也是导致许多流化床、喷动床在冷态时流态化运行的很好，而在高温时却容易流态化失败(聚团、结块等)的重要因素。 

在常温条件下测得的恢复系数用于热态流动模拟并不合适，模拟结果也无法预测指导反应器实际燃烧时能否安全运行，实现稳定的流态化。 

文献(Antonyuk S,et al.Influence of liquid layers on energy absorption during particle impact[J].Particuology,2009,7(4):245-259.)总结了现有的湿颗粒碰撞恢复系数的测量装置，但这些装置都只适用于常温条件下湿颗粒碰撞恢复系数的测量，同样无法实现燃料颗粒在高温熔融工况下的碰撞恢复系数测量。 

综上所述，尚缺少一种能够对燃料颗粒的热态碰撞恢复系数进行测量的装置。 

发明内容

要解决的技术问题：针对现有技术的不足，本发明提出一种固体燃料颗粒热态碰撞 恢复系数测量装置及测量方法，解决现有常规的碰撞恢复系数测量装置无法实现燃料颗粒在高温熔融工况下的碰撞恢复系数测量的技术问题。 

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案： 

一种固体燃料颗粒热态碰撞恢复系数测量装置，包括中空的密封腔，所述密封腔上设置有进气口和出气口，所述进气口通过管道连接至气源，所述出气口上设置有阀门用以控制与外界的联通与否；在密封腔内部的上方位置固定有管式电加热炉，且管式电加热炉的轴向竖直放置，所述管式电加热炉连接至电炉温度控制单元；位于管式电加热炉的上方的密封腔上开设有颗粒出入口、密封塞和颗粒支撑架，所述密封塞与颗粒出入口匹配，所述颗粒支撑架穿过密封塞后一端位于密封腔内部的管式电加热炉的空腔中、另一端位于密封腔外部，且位于密封腔内部的一端设置有颗粒托盘；在密封腔内部的下方位置设置有撞击平台，且撞击平台正对管式电加热炉的空腔；在密封腔的侧壁对准撞击平台上表面的位置上开设有红外热成像孔和高速摄像孔，所述红外热成像孔上密封有透红外线玻璃，密封腔外部正对透红外线玻璃设置有红外热成像仪，所述高速摄像孔上密封有透明玻璃，密封腔外部正对透明玻璃设置有高速摄像机，所述红外热成像仪和高速摄像机均连接至计算机。 

进一步的，在本发明中，红外热成像仪与高速摄像机二者的成像路线为同一水平高度，且相互垂直。这样红外热成像仪与高速摄像机可以分别记录到燃料颗粒在碰撞过程的影像而互不干涉。 

进一步的，在本发明中，所述撞击平台通过高度调节装置固定在密封腔底部。由于高温熔融颗粒的碰撞本质上是一个湿颗粒碰撞过程，在不同的碰撞速度条件下，恢复系数并非定值，将会变化。因此将碰撞平台设计成高度可调节的结构，就可以进行多种撞击速度下的恢复系数测量。具体的，可以通过高度调节装置进而使得撞击平台与燃料颗粒之间的距离发生变化，那么就可以获得不同的燃料颗粒撞击速度，即如果距离较短时，燃料颗粒的自由下降高度小，撞击速度小；反之，距离长则撞击速度大。