颗粒流是指颗粒材料在外力作用或内部应力发生变化时产生的类似于流体的运动状态,广泛存在于农业、化工、冶金、能源、制药等诸多领域。自流床余热锅炉回收高温渣粒余热的过程实质上是一个高温颗粒流绕流换热管束的传热过程,颗粒流在圆管周围的流动特性影响着自流床余热锅炉的热回收效率。然而,颗粒流绕流圆管的流动机理有待进一步明确。因此,研究颗粒流绕流圆管的流动特性不仅具有重要的科学意义,而且能够为钢铁企业的节能减排做出重要贡献。了解颗粒的流动特性,对优化设备结构和提高换热效率具有重要意义。本文自行搭建了自流床余热锅炉的冷态实验平台,以玻璃小球为实验材料,研究了固定的床层高度条件下颗粒流绕流圆管的流动特性,分析了颗粒直径、圆管直径、圆管排列方式、圆管排数、圆管中心与壁面的间距和出口尺寸对颗粒质量流量、颗粒运动轨迹及流型的影响。采用商用软件EDEM对连续卸料过程进行了模拟,研究了圆管直径、圆管排列方式和圆管排数对颗粒流动过程中颗粒流型、轨迹、下落速度和应力分布的影响规律。主要研究内容和获得结果如下:(1)在卸料初始阶阶段,质量流量随着时间的延长而逐渐升高,然后上下波动。质量流量主要受颗粒直径和出料口尺寸影响,质量流量随着颗粒直径的减小、出料口尺寸的增大而增大;质量流量受圆管直径、圆管排列方式、圆管排数和圆管中心与壁面间距的影响很小;质量流量越大,其波动性越大。(2)颗粒的运动轨迹主要受圆管直径、圆管排列方式和圆管中心与壁面间距的影响。圆管直径越大,颗粒流经圆管时轨迹弯曲程度越大;叉排排列方式可以有效改善颗粒的流动轨迹,使其由原来的竖直轨迹转变为S形轨迹;随着圆管中心与壁面间距的减小,圆管上部颗粒的运动轨迹向中心偏移。(3)颗粒直径对流型的影响很大,颗粒直径越小,大颗粒配位数越大,颗粒受力不均匀性越强,混合越好,;圆管直径越大,圆管间形成死区越大,颗粒流动分层越明显;圆管叉排排列颗粒发生横向偏移增强,能效降低圆管间死区范围;圆管的排数越多,圆管间应力网越密集,对颗粒的阻碍作用越明显,圆管间死区空间越大;圆管中心与壁面间距越小,颗粒的整体流动性越差,颗粒的汇聚流流动越强,靠近壁面侧死区越大;出口尺寸越大,颗粒在下降过程中的单位高度的掺混度越大,示踪颗粒越容易与其他颗粒混合。(4)Hertz-Mindlin接触模型能够准确预测颗粒的流动状况。随着圆管直径的增大,圆管间死区范围扩大,圆管上方颗粒越难摆脱死区的束缚,在圆管附近运动;通道与出口相对时,颗粒受到的阻力最小,轨迹波动最小,运动速度最快;不同圆管直径应力分布相似,圆管上方和装置漏斗部分受到的颗粒的作用力最大,圆管直径越大,最后一排圆管下方能够形成空穴面积越大。(5)当圆管叉排排列时,圆管对颗粒的扰动增强,颗粒横向运动加强,颗粒运动轨迹程S形趋向,圆管间死区空间减小,圆管两侧颗粒运动速率分布不均;叉排排列颗粒对圆管的包裹范围更广,颗粒对漏斗部分作用力高于顺排管。(6)圆管的排数越少,示踪颗粒的整体流动性越好;在圆管存在区域,颗粒速度分布不均,在无圆管区域,颗粒整体速度趋于一致;圆管对颗粒具有整流作用,圆管的排数越多,越有利于颗粒的横向掺混,同时,颗粒对侧壁的作用力越小。