濃相氣固分選流態(tài)化非穩(wěn)定性研究

1、濃相氣固分選流態(tài)化非穩(wěn)定性研究煤炭資源在全世界能源消費結(jié)構(gòu)中占據(jù)著重要的地位。在未來的二十年內(nèi)煤炭資源仍將是推動世界經(jīng)濟發(fā)展和社會進(jìn)步的重要動力。我國是世界煤炭生產(chǎn)和消費第一大國, 低品質(zhì)煤炭大規(guī)模分選提質(zhì)是我國煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展亟待解決的重大難題。流態(tài)化干法分選技術(shù)以其分選精度高、處理量大、不需要水以及工業(yè)應(yīng)用潛力大等優(yōu)勢受到全世界廣泛關(guān)注。然而流態(tài)化干法分選過程, 尤其是濃相氣固分選流態(tài)化過程的非穩(wěn)定性和復(fù)雜性機制尚不明確 , 缺乏高效可靠的濃相氣固分選流態(tài)化過程穩(wěn)定性調(diào)控機制,嚴(yán)重制約濃相氣固分選流態(tài)化的工業(yè)化和大型化應(yīng)用。本論文針對濃相氣固分選流態(tài)化過程非穩(wěn)定性機制, 運用實驗測量分析

2、、統(tǒng)計理論分析、熵值理論及非穩(wěn)定性指數(shù)推導(dǎo)、混沌系統(tǒng)分析以及非穩(wěn)定性熵值定量評價等方法對濃相氣固分選流態(tài)化非穩(wěn)定性進(jìn)行全面研究。研究設(shè)計了濃相氣固分選流態(tài)化過程壓強波動及壓差波動測量系統(tǒng), 實現(xiàn)了對濃相氣固分選流態(tài)化過程中床層壓降信號的實時測量和分析。針對濃相高密度氣固流化床中復(fù)雜組成的物料性質(zhì), 重點分析床層磁鐵礦粉顆粒的不同靜止堆積形態(tài)以及各種形態(tài)可能對濃相氣固分選流態(tài)化過程的影響。探索了在床層臨界流態(tài)化狀態(tài), 床層中最大靜摩擦力對床層流化特性的影響。揭示濃相氣固臨界流態(tài)化狀態(tài)下, 床層與流化床壁面以及顆粒與顆粒之間的靜摩擦力對床層流化特性的影響。以示蹤顆粒球體分析濃相氣固分選流態(tài)化過程中

3、床層上表面示蹤球體的速度及位置變化情況 , 同時探索和記錄在濃相氣固分選流態(tài)化過程床層上表面多球體的運動特征。通過擬合得到顆粒球體的速度概率分布函數(shù), 揭示濃相高密度氣固流化床分選過程中氣泡的不穩(wěn)定特性及氣泡的不均勻破裂機制。從顆粒固體、顆粒液體及顆粒氣體等不同角度分析統(tǒng)計系綜在濃相氣固分選流態(tài)化不同階段的應(yīng)用情況, 從統(tǒng)計系綜的角度分析濃相氣固分選流態(tài)化過程不同階段的特征與區(qū)別。將濃相氣固流態(tài)化過程定義為顆粒液體階段, 且床層呈現(xiàn)似流體性質(zhì)并伴隨著氣泡的產(chǎn)生和破裂。定量分析和表征床層顆粒復(fù)雜相互作用過程中, 流態(tài)化混沌系統(tǒng)的信息流失情況及非穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)特征, 性質(zhì)和形成機理。結(jié)合熱力學(xué)熵和信息

4、熵的概念對濃相氣固流態(tài)化系統(tǒng)的混沌特性進(jìn)行分析, 通過不同角度對系統(tǒng)的熵值變化進(jìn)行探索。結(jié)合濃相氣固分選流態(tài)化過程的特點, 提出了關(guān)于濃相氣固分選流態(tài)化過程熵增計算求解思路 , 得到描述濃相氣固分選流態(tài)化過程中熱力學(xué)熵及Kolmogorov 熵的計算公式 , 為深入研究濃相氣固分選流態(tài)化過程的混亂程度及信息流失程度提供參考。 提出并推導(dǎo)濃相氣固分選流態(tài)化過程非穩(wěn)定性評價指數(shù)。結(jié)合非穩(wěn)定性評價指數(shù) , 能夠?qū)庀鄽夤谭诌x流態(tài)化過程均勻穩(wěn)定性進(jìn)行定量表征。擴展非穩(wěn)定性指數(shù)的應(yīng)用范圍, 探索非穩(wěn)定性指數(shù)在濃相氣固分選流態(tài)化分選煤炭結(jié)果評估中的應(yīng)用, 取得了較好的評價效果。采用壓降測量儀測量流態(tài)化過程

5、中床體壓強的波動。借助自主設(shè)計的壓降信號低通濾波器對得到的壓降波動信號進(jìn)行降噪, 得到濃相氣固分選流態(tài)化壓降波動信號。分析壓力波動信號數(shù)據(jù)表征濃相高密度氣固流化床的非穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)特征。通過分析壓降波動信號 , 確定壓降波動信號重構(gòu)相空間維度, 重構(gòu)壓降波動相空間吸引子 , 計算壓降波動信號最大Lyapunov 指數(shù)及熵值 , 分析流態(tài)化過程中信息能量耗散和信息流失 ( 熵增加 ) 機制 , 驗證了濃相氣固分選流態(tài)化過程的混沌特性。借助混動系統(tǒng)分析方法 , 提出以濃相氣固分選流態(tài)化過程壓降波動熵值為主,近似熵值與樣品熵值為輔助的濃相氣固分選流態(tài)化過程非穩(wěn)定性定量分析表征方法 , 為濃相氣固分選流態(tài)化的工業(yè)化和大型化應(yīng)用過程中非穩(wěn)定性調(diào)控提供參考。利用半工業(yè)化濃相氣固分選流態(tài)化實現(xiàn)了對入選大顆粒和中等顆粒煤炭(-50+10mm)的有效分選 , 得到分選可能性偏差E 值分別為 0.055g/cm3 和0.060g/cm3, 分選精度高。通過試驗測量半工業(yè)濃相氣固分選流態(tài)化分選煤炭過程中床層壓降波動信號以及實驗室濃相氣固流態(tài)化過程壓降波動信號, 運用 Long Short-TermMemory(LSTM)循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對