·160· 北京科技大学学报 2005年第2期 颗粒最大投影面积垂直的最大尺寸，1为片状颗 分数，Re为雷诺数. 粒最大投影长度，另一个在地质学上应用的指标 13片状颗粒的流态化特征 是Zigg指数，定义为： 直接和间接描述流化特征的参数有雷诺数 21=h (4) Re、临界流化风速Ur、颗粒群运动阻力Ca以及阿 基米德数Ar等.为了展示片状颗粒的流态化特 1.2经典球形度和Krumbein球形度对片状颗粒 征，以京西无烟煤在900℃，运行风速5.8ms工况 描述效果的比较 为对象进行计算.京西无烟煤的筛分特性见表1. 使用式(1)和式(2)的最大困难是任意形状颗 按照文献[3]提供的计算方法，d,和临界流化 粒的面积和体积不容易测量准确，因此使用时几 速度U的计算公式分别为： 乎都是采用推荐数据.而Krumbein球形度和Zigg d。=中∑xd, (6) 指数的最大优点就是可以对颗粒进行直接测量. Ur=0.0882Ar (7) 由于按照正方体逐步变化到片状颗粒时Zgg指 式中，x为某一筛分范围的质量分数，d为某一筛 数为线性变化，为了知道那种概念能更好地描述 片状颗粒及其流态化特征，将经典球形度、 分范围的平均粒径，r=。D为阿基米德 VPu Krumbein球形度分别描述规则片状颗粒，研究其 数.分别将计算得到的中和中代入式(5)(T),可以 流态化特征. 得到片状颗粒体系的临界流化速度和颗粒群的 取边长为1的单位正方体，将正方体的一个 阻力系数. 边长连续减小，使其片状特征逐步明显，则颗粒 图l是片状和柱状颗粒Krumbein球形度p和 类型1~5得立方体结构分别为1×1×1,1×1×0.8,1 经典球形度的对比.中对片状结构十分敏感，能 ×1×0.6,1×1×0.4,1×1×0.2.将其一个边连续加长， 很好地描述片状颗粒的形貌特征.当单位正方体 使其柱状特征逐步明显，则颗粒类型1~5得立方 的一个边长缩小到原来的1/5而其他两个边长不 体结构分别为1×1×1,1×1×2,1×1×4,1×1×6,1×1×8. 变时，经典球形度仍然保持为0.59，接近煤粉颗 分别用经典球形度和Krumbein球形度描述两种 粒的球形度：而Krumbein球形度由1变到0.008， 变化，检验两种球形度对变化的敏感程度.然后 球形度很小.说明颗粒最大尺寸与最小尺寸之差 采用基于周期性脉动气流绕流颗粒群的阻力系 已经足够大，与颗粒实际形貌吻合，但描述柱状 数C计算流态化过程中的阻力特性： 颗粒时，与经典球形度相比Krumbein球形度没 C,20.041+s1+e'1+c"6<Re20)6 有特别的优越性.而经典球形度对柱状颗粒形貌 Re06so 变化比较敏感，而对片状结构颖粒形貌变化却比 式中，S为斯顿坦数，E为相对振幅，c,为颗粒体积 较迟钝， 表1京西无烟煤筛分特性 Table 1 Size distribution and mass fraction of particles 4/mm11.4028.9446.6934.7333.3472.3661.6731.1830.8430.5960.4210.2890.2120.1500.1060.0750.045 x,/%0.980.382.777.4713.765.7210.0710.709.11 7.536.135.084.133.572.658.09 1.86 1.0 0.9 (a) (b) 0.8 0.8 0.6 片状颗粒 遵 露 0.4 片状颗粒 最 0.7 柱状颗粒 0.2 柱状颗粒 0.6 3 2 3 颗粒类型 颗粒类型 图1片柱状颗粒球形度对比，(a)Krumbein球形度；b)经典球形度 Fig.1 Sphericity comparsion between chip-shaped and beam-shaped particles:(a)Krumbein sphericity;(b)classical sphericity. 16 0 . 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 5 年 第 2 期 颗 粒 最 大 投 影 面 积 垂直 的 最 大尺 寸 , l为 片 状 颗 粒 最大投 影 长度 , 另一个 在 地质 学上应 用 的指 标 是 21 9 9 指数 , 定义 为 : ~ , hl 乙 l = 叮飞 ~ W ( 4 ) ` 、尹夕. 月Uz 了.、 1 . 2 经典 球 形度 和 K ur m be in 球 形度 对 片 状颗 粒 描 述效 果 的 比 较 使用 式 ( l) 和式 (2) 的 最 大 困难 是 任 意形 状 颗 粒 的面 积和 体积 不容 易测 量 准确 , 因此使 用 时几 乎 都 是采 用推 荐 数据 . 而 K ur m be in 球 形度 和 21 9 9 指 数 的最大优 点就是 可 以对颗 粒进 行 直接 测量 . 由于 按照 正方 体 逐 步变化 到片 状颗 粒 时 21 9 指 数 为线 性变 化 , 为 了知道 那 种概 念 能更好 地描 述 片 状 颗 粒 及 其 流 态 化 特 征 , 将 经 典 球 形 度 、 K r Ll l l l b ie n 球 形度 分 别描 述 规则 片状 颗粒 , 研 究 其 流 态化 特 征 . 取 边长 为 1 的单 位 正方 体 , 将 正方 体 的一 个 边 长连 续 减 小 , 使其 片状特 征 逐 步 明显 , 则颗 粒 类 型 1一5 得 立方 体 结构 分 别为 1 ` l xl , 1 ` 1 ` .0 8 , 1 、 l x o . 6 , x x l x o . 4 , 一只 l x o . 2 . 将 其一 个边 连 续加 长 , 使 其 柱状特 征 逐 步 明显 , 则 颗粒 类 型 1一5 得立 方 体 结构 分别 为 l x l x l , l “ l x Z , l x l x 4 , l x l X 6 , l x l x s . 分 别用 经 典球 形 度和 K r l u n b ie n 球形 度 描述 两 种 变 化 , 检 验 两种 球 形度 对 变化 的 敏感 程度 . 然 后 采 用 基 于周 期 性 脉 动气 流 绕 流 颗粒 群 的 阻力 系 数 G 计 算流 态 化 过程 中 的 阻力特 性口 , : ~ 2 0 . 0 4 ( 1+ tS ) 3“ 2 ( l + ’s ) , 2 ( l + e 、 ) 6 5 8 , _ _ _ 公 一 = 二蔺六认舒竺一三` 一 贬勺< 入仑 < Z U U j `勺) 八 e - 一 式 中 , tS 为 斯顿 坦数 , 尽 为 相对 振幅 , c 、 为颗 粒体 积 分 数 , R e 为雷 诺 数 . 1 .3 片状 颗 粒 的流 态 化特 征 直 接 和 间 接 描 述 流 化特 征 的 参 数 有 雷 诺 数 R e 、 临界 流化 风速 mU f 、 颗粒 群 运动 阻力 口 以及 阿 基 米 德 数 A r 等 . 为 了展 示 片状 颗 粒 的流 态 化特 征 , 以京 西无 烟煤 在 9 0 ℃ , 运 行 风速 5 . 8耐 s 工 况 为对 象进 行 计算 . 京 西无 烟煤 的筛分 特性 见表 1 . 按 照文 献 3[ ]提 供 的计 算 方 法 , 姚和 临 界流 化 速 度 mU f 的计 算 公 式分 别 为 : 姚= 价艺x 从 mU f = 0 . 0 8 8 2A 尸 , 2 8 式 中 , x ,为某 一 筛分 范 围 的质 量 分数 , 试为 某一 筛 一 二 , 二 * 蛤 , 才 。 一 醚远二喧 、 。、 , 、 , 分 范 围 的 平 均 粒 径 , A 犷 一 。竺〔徽严 为 阿 基 米 德 数 . 分别将 计 算得 到 的咖和丸代 入式 ( 5卜( 7) , 可 以 得 到 片 状颗 粒 体 系 的临 界 流化 速 度 和 颗 粒 群 的 阻力 系数 . 图 l 是片 状和 柱 状颗 粒 K n 刀 n b e in 球形 度咖和 经 典球 形 度 的对 比 . 叭对 片状 结 构 十分 敏 感 , 能 很 好地 描述片状颗 粒 的形貌特 征 . 当单 位 正方 体 的一个 边 长缩 小 到原 来 的 1/ 5 而其 他两 个 边长 不 变 时 , 经典 球 形度 仍 然 保 持为 .0 59 , 接近 煤 粉 颗 粒 的球 形 度 ; 而 K ur m b e in 球 形度 由 1 变 到 0 . 0 08 , 球 形度 很 小 . 说 明颗粒 最大 尺 寸 与最 小尺 寸之 差 己 经足 够 大 , 与颗 粒 实 际形 貌 吻合 . 但描 述 柱 状 颗 粒 时 , 与 经 典球 形 度 相 比 K n l l l l b ie n 球 形 度 没 有特 别 的优 越性 . 而经 典球 形度 对 柱状颗 粒 形貌 变 化 比较敏 感 , 而 对片 状 结构 颗粒 形貌 变 化却 比 较 迟钝 . 表 1 京 西无 烟 煤筛 分特 性 aT b l e 1 5晚e d i s tir b u it o n a n d m a s , fr a e it o n o f P a币 e les 减/m m 为 /% 11 . 4 0 2 8 刃4 4 6 , 6 9 3 0 3 8 2 7 7 4 刀3 3 3 . 3 4 7 2 3 6 6 1 . 6 7 3 1 . 18 3 0 . 8 4 3 0 5 9 6 0 . 42 1 7 . 4 7 13 7 6 5 7 2 10 . 0 7 10 . 70 9 . 1 1 7 万3 6 . 1 3 0 2 89 5 一 0 8 0 . 2 12 0 . 1 50 0 . 106 0 . 0 7 5 0 0 4 5 3 . 57 2 . 6 5 8 . 09 1 . 86 0 . 2 卜 柱状颗粒 0 nU 侧粱赞 侧赞酸 颗粒类 型 颗 粒类 型 图 1 片柱 状颗粒 球形 度对 比 . ( a) Kr u m b ei n 球 形度 ; 和) 经典 球形度 F i g . l S P h e ir e iyt c o m P a sr i o n b e wt e e n e h i p 一s h a p e d a n d b e a m 一 s h a p e d P a 币 c les : ( a ) 心 u m b e i n s p 卜e ir e iyt ; 助 e l a s s i e a l s P 卜e ir e i yt