单飞灰颗粒撞击颗粒覆层表面的动力学模型及行为判据研究

The deposition mechanism of fly ash particles on heat exchanger surface has been paid more and more attention in the field of ash deposition in a coal fired power plant, while a single particle impacting on a powdery surface is the foundation of the aforementioned question. In this project, the high speed camera technology was used to measure the incident velocity, incident angle, rebound speed, rebound angle and critical velocity , the influence of particle size, composition, incident velocity, incident angle, powdery surface characteristics and temperature on the rebound behavior of particles after impaction are analyzed. Then the dynamic model of particle-surface impact under different temperature conditions are improved. Besides, the microscopic mechanism of particle impact powdery surface is revealed by experiments and particle dynamic theory. Finally, the criterion were developed to ascertain the two impaction models by the rebound/stick critical velocity, which provides the basic support for inhibiting the deposition of fly ash particles on the surface of heat exchanger.

飞灰颗粒在换热器表面上的沉积机理是燃煤电站锅炉中积灰问题的研究热点，而颗粒撞击颗粒覆层表面的接触机制是上述问题的基础。本项目采用高速摄像技术测量不同温度条件下颗粒撞击不同表面的入射速度、入射角度、反弹速度、反弹角度及临界捕集速度，分析了颗粒粒径、成分、入射速度、入射角度、颗粒覆层表面特性及温度对颗粒撞击后运动行为的影响，发展了适用于高温条件下颗粒撞击后的动力学模型，结合实验揭示了颗粒撞击颗粒覆层表面的微观作用机理，提出了区分颗粒撞击颗粒覆层表面后的运动模式的判据，为抑制飞灰颗粒在换热器表面的沉积提供了基础支撑。

积灰污染是燃煤电站锅炉中一个传统而棘手的问题，而颗粒与壁面的惯性碰撞机制是换热管壁积灰的主要原因之一。国内外对微米级颗粒撞击表面过程的研究较少，尤其是不同温度下飞灰颗粒撞击覆层表面后运动行为的定量研究尚不成熟。本项目通过实验测试和数值模拟相结合的方法，对单颗粒撞击光滑/覆层表面的碰撞行为进行了深入探究，获得了颗粒的反弹特性参数，发展了适用于不同条件下颗粒碰撞的动力学模型，重点分析了颗粒粒径、材料物性、入射速度、温度等因素对碰撞后颗粒运动行为的影响，揭示了颗粒撞击不同表面的微观作用机理，以临界捕集速度为切入点，提出了区分颗粒撞击颗粒覆层表面后运动行为的判据，为抑制飞灰颗粒在换热器表面的沉积提供了基础支撑。.研究发现，颗粒在较大入射角入射时更容易被表面捕集，对于斜向碰撞，即使法向速度分量小于临界捕集速度，颗粒仍会发生反弹。温度通过改变杨氏模量改变颗粒的反弹特性，研究发现当温度升高时颗粒的临界捕集速度会增大，因此颗粒粒径越小、温度越高时颗粒更有可能粘附在换热器表面。.颗粒撞击覆层表面时，颗粒覆层越厚，颗粒覆层孔隙率越大时，入射颗粒的临界捕集速度越高。覆层表面颗粒发生反弹的临界捕集速度值在颗粒-颗粒和颗粒-壁面两种碰撞的临界捕集速度之间，当入射速度大于临界捕集速度时，粘附在覆层表面的颗粒将极大可能从壁面脱离。相较于光滑表面，颗粒更容易粘附在有颗粒覆层的表面上。