内构件对高密度提升管内流体力学及径向气体混合的影响

Effect of bluff internals on the hydrodynamics and lateral gas mixing was studied in a 0.186m ID high-density riser. With the bluff internals, the extremely non-uniform radial profiles of solid fraction and particle velocity become flat and the dense downflow layer near the wall disappears, indicating the significant enhancement of solid turbulence introduced by the internals. The fluctuation velocity and solid fraction transient signal analysis indicates a significant increase in fluctuation intensity near the wall region. The length influenced by the internals on the flow structure is about 1 meter. The lateral gas dispersion coefficient increases significantly as the bluff internals exist in the riser.     

内构件对于高密度提升管流体力学行为的影响

引　言近年发展的高密度提升管反应器 ,由于其较高的颗粒固含量 ,很容易达到很高的反应效率 .同时由于其具有的高气固通量、颗粒的循环操作方式和优良的传热性能 ,使得这一类反应器特别适宜于以中间产物为目的产品、要求高转化率和高选择性的强放热氧化 -还原类反应过程[1,2 ] .但大量实验表明 ,提升管特别是高密度提升管中空隙率、气体和颗粒速度沿径向的分布很不均匀 .这样将造成非常严重的颗粒和气体返混 ,固体颗粒停留时间分布变宽 ,反应程度参差不齐 ,造成反应器的处理能力偏低[1～ 4 ] .许多研究者采用在提升管中加设内构件的方法来改…     

内构件对于提升管中颗粒混合行为的影响

对加设了钝体式内构件的提升管内颗粒的轴径向混合为进行了研究。研究结果表明，内构件的存在并不能明显减少提升管内颗粒的轴向返混，这与提升管内稳定的微观两相结构密切相关，但颗粒的径向混合能力却可大大加强，而且在越高的气速和固含条件下，这种加强作用越明显，其原因是内构件的存在加强了边壁区颗粒的脉动，有利于破坏提升管边壁区的颗粒浓环，促进颗粒的径向交换与混合。     

内构件存在时提升管内流动及颗粒混合行为研究

he hydrodynamics and solids mixing behavior in a riser with blunt internals are studied. A uniform radial distribution for solids fraction and particle velocity achieves near the internals. The turbulent velocity of particles near the wall increases with the addition of the internals, with the lateral solids mixing enhanced significantly. Probability density distribution of particle velocity is bimodal in the riser with internals, which is similar to that in the conventional riser, indicating that no significant difference in the micro flow structure exists between the riser with internals and the conventional riser. At the same time, the axial solids mixing behavior changes insignificantly with the addition of internals. These results indicate that the micro flow structure in the riser is very stable, which changes insignificantly with the change of the bed structure.     

提升管-下行床耦合反应器内颗粒混合行为

引　言循环流化床中气固两相的流动有两种不同的方式 :提升管中为气固并流上行的逆重力场运动 ,下行床中为气固并流下行的顺重力场运动 .其差异表现为提升管内颗粒浓度、速度以及气体速度在径向上严重的不均匀 ,颗粒浓度概率密度分布以及速度的瞬时信号都表明了颗粒团 -空穴两相结构的存在[1] ,一些研究[2 ,3] 还发现提升管中颗粒的停留时间分布 (ＲＴＤ)曲线存在较大的拖尾甚至出现双峰 ,研究者认为提升管内存在弥散颗粒和颗粒团两种不同的混合机理 ;下行床则比提升管大大改善 ,气固速度、颗粒浓度沿径向分布要均匀得多 ,颗粒的ＲＴＤ曲线…     

双颗粒提升管中细颗粒的混合行为研究(Ⅰ)──轴向混合行为

利用磷光颗粒示踪技术对双颗粒提升管中细颗粒的轴向混合行为进行了研究测得反映细颗粒轴向扩散的停留时间分布曲线呈双峰分布,这表明细颗粒存在两种类型的扩散形式：弥散颗粒扩散和颗粒团扩散本文提出的一维两组分扩散模型可较好地描述停留时间分布曲线的双峰分布.实验结果表明细颗粒的两种轴向混合行为有较大的差别,而总包Peclet数几乎不随操作条件及床内粗细颗粒比例变化     

双颗粒提升管中细颗粒的混合行为研究(Ⅱ)──弥散颗粒的轴径向混合行为

利用磷光颗粒示踪技术,使用点源示踪的方法在不同的径向位置测得反映颗粒径向扩散行为的停留时间分布曲线,并对弥散细颗粒的径向混合行为进行了分析．提出二维扩散模型描述所测量的停留时间分布曲线特征．实验发现弥散细颗粒的径向扩散Peclet数随粗颗粒加入量的增加而增加,随细颗粒浓度的增大而增大,而几乎不随气速变化．给出了一个与实验数据吻合较好并可适用于单颗粒提升管的关联式．     

提升管内气固流动行为的数值模拟

应用计算流体力学软件Fluent,对空气为连续相、固相为催化裂化反应催化剂的循环流化床提升管内的气固流动行为进行模拟。采用用户自定义函数引入颗粒与壁面的恢复系数和颗粒的镜面反射系数,对颗粒在边壁处的部分滑移运动进行描述。采用不同的计算动力学模型及参数,数值模拟了径向颗粒浓度、轴向床层压降的空间分布,以及用以描述颗粒脉动动能的颗粒温度与固含率的关系,并与文献报道的实验和数值模拟结果进行对比分析。结果表明,选取的颗粒动力学理论模型及参数、颗粒部分滑移边界条件及气固曳力模型,可计算得到合理的颗粒轴向及径向分布,验证了提升管中存在典型的径向环核流动结构和轴向压降分布。进一步分析表明固含率显著影响颗粒温度,当固含率为0.05~0.1,颗粒温度存在转折区。     

方截面循环悬浮床内构件对气固混合行为的影响

在冷态的方截面烟气脱硫循环悬浮床实验装置中,研究了上升床中部内构件不同安装方式对床内气固两相流动结构的影响和气固混合行为的表现。通过实验得到了内构件在几种安装方式的床内轴向颗粒浓度分布和径向上颗粒浓度分布,发现内构件增强了颗粒内循环。大小构件组合并上下交叉安装的方式对提高床密度,改善轴向和径向浓度均匀性发挥了较好作用。这对提高气固混和效率非常关键。     

二维双支腿流化床内气体混合特性

Experiments of gas mixing between two half-beds were performed in a dual-leg circulating fluidized bed(DL-CFB)240 mm in width,40 mm in depth and 2000 mm in height by using glass beads with diameter of 0.25-0.28 mm as bed material.SO₂ and CO as the gas tracers entering the left and right distributors separately were used to simulate the gas mixing between the two legs.MSD(mean square displacement)model was adopted to calculate the gas dispersion coefficient(D_w)which was used to investigate the effect of fluidization velocity and bed material inventory on gas mixing in the DL-CFB.The experimental results showed that D_w was about 50-300 cm²穝^-1 at different fluidization velocities and bed material inventories.A higher fluidization velocity benefited particles exchange between two half-beds,which intensified the gas-solids interactions at the region with higher solids volume fraction.The gas mixing in the lower region of the DL-CFB was stronger than that in the upper region of the bed.A higher bed inventory was helpful to gas mixing at a lower fluidization velocity,while a higher fluidization velocity weakened gas mixing because of higher solids concentration in the center of the bed that prevented gas mixing.     

CFB密相区内颗粒横向扩散对燃烧的影响

循环流化床(CFB)床内燃料颗粒的扩散、混和，特别是复杂的密相区内的混和特性在很大程度上影响了燃烧状况，密相区颗粒横向扩散的规律，对于循环流化床的设计具有重要意义，在循环流化床密相区颗粒横向扩散实验研究的基础上，总结了密相区内颗粒横向扩散系数的经验公式，以此为基础，研究了密相区内碳的分布规律，并建立了相应的燃烧模型，模型包括两个子模型，即密相区二维流动及燃烧子模型、稀相区一维流动及燃烧子模型。通过模型定性模拟了流化风速、给料点布置对床内燃烧的影响，有效地反映了实际情况，并确认了将密相区颗粒横向扩散规律引入现有循环流化床燃烧模型的重要意义。     

高密度循环流化床中气固两相流动结构的一维成像分析

本文利用新的测试方法即一维成像系统在较宽的操作条件下对高密度循环流化床中气固两相流动的瞬态结构进行了研究,得到大视场下快速床内两相流瞬时结构图像,并通过对图像进行统计和相关分析,得到了颗粒团在床内的特性参数:出现概率、径向大小,轴向渡越时间沿径向的分布及这些分布随床内操作参数的变化规律。研究结果表明,影响颗粒团特性参数的主要因素是局部时均颗粒浓度和操作气速。     

固定床内径向扩散研究

在直径为２６７ｍｍ的５Ａ分子筛固定床上，采用稳态有限源示踪技术，利用计算机数据采集系统，测定了不同流速下床层内部截面上示踪气体的浓度分布数据。并分别利用稳态有限源和稳态点源示踪条件下扩散模型的解析解，获得床层内的径向扩散系数值。结果表明，两种处理方法所获得的径向扩散系数值大致相等，且在实验条件范围内，当Ｒｅ数较小时，径向扩散系数值与分子扩散系数值相当，随着Ｒｅ数的增加，径向扩散系数值逐渐增大，最后几乎与流速成正比。文中还讨论了轴向扩散系数值对径向扩散系数计算结果的影响。     

ＣＦＢ稀相段直长对颗粒内循环流动规律的影响

采用光纤探头测定Ｄ１m射流循环流化床（半圆形）稀相区颗粒速度、颗粒浓度和颗粒流通量的径向分布规律,并考察了操作条件及其轴向的影响,实验结果表明,在循环流化床（ＣＦＢ）中,颗粒流动在床层径向有较大的不均匀性,并呈明显的内循环流动结构,进而考察了影响其流动规律的,以期进一步理解循环流化床颗料流动机理,强化和改善反应器的设计操作。     

气固并流下行床气体扩散行为的研究

采用氢气稳态示踪方法在内径140mm的气固并流下行循环流化床中对气体扩散行为进行了实验研究.实验结果表明:下行床中气体扩散行为可用二维拟均相模型进行描述,其气体的径向扩散系数与气速、固体循环量及颗粒密度的关系可用下列准数关联式表示Pe_r=4.35×10_(-3)Re~(0.95)ε~(-73.4) 1>ε>0.99而下行床中气体轴向扩散系数要比提升管中小1个数量级以上.     

EFFECT OF STATIC MIXERS ON EXPANSION AND AXIAL DISPERSION OF LIQUID IN FLUIDIZED BEDS AT LOW REYNOLDS NUMBER

The difference of static mixers as internals on expansion and dispersion characteristics of a liquid fluidized bed was studied experimentally. The column diameter was varied between 39 and 300 mm. Fluidized bed reactors equipped with internals exhibit a high hydrodynamic stability accompanied by an increase in the operating range in terms of flow rate by a factor of 4-5 compared to the classical fluidized bed. The axial dispersion of the liquid depends on the Archimedes number, the hydraulic diameter of the static mixer and expansion. The dispersion increases with decreasing Archimedes number and increasing hydraylic diameter of the bed. Dispersion was in general reduced with bed expansion.     

基于强湍流分散的下行床入口结构

基于对现有下行式循环流化床（下行床）气固混合入口的总结,提出下行床入口结构设计的关键原则.依据该原则设计了一种由对撞气体射流引入强湍流场来实现气固快速混合的入口结构.在内径418mm、高18m的工业示范规模下行床冷态实验平台上,采用双光路光纤密度探头、激光多普勒测速仪、微压差计和氢气稳态示踪技术对该入口结构及其后的下行床主体的气固流动、混合行为进行了考察.结果表明,与以往基于单管或多管射流的入口相比,该入口结构无需分布器就可以实现大质量流率条件下气固两相的快速均匀分布.     

流动方向对循环流化床中颗粒混合行为的影响

对循环流化床提升管及下行床两种不同气固流动方式对颗粒混合行为的影响进行了较为深入的对比分析，发现在影响循环流化床颗粒混合的众多因素（如操作条件、床层直径、颗粒性质及床层内构件等）中，气固流动方向是影响颗粒轴向混合的最主要因素．当气固流动为顺重力场时（下行床），颗粒的轴向混合很小，流型接近平推流；当气固流动为逆重力场的提升管时，轴向颗粒混合将成倍增大，颗粒流动远离平推流流动．分析表明，下行床中颗粒混合仅为单一的弥散颗粒扩散，而提升管中则存在着两种颗粒混合机制：弥散颗粒扩散及颗粒团扩散．弥散颗粒的扩散基本以平推流的形式通过循环流化床，提升管中大量的颗粒轴向返混归因于颗粒团的严重返混并由此形成了提升管中颗粒停留时间的双峰分布．     

PREDICTION OF SOLIDS CIRCULATION RATE IN THE RISER OF AN INTERNALLY CIRCULATING FLUIDIZED BED (ICFB)

A predictive mathematical model based on pressure drop in the riser of an Internally Circulating Fluidized Bed (ICFB) is developed to predict solids circulation rate (Gs). The values of G_s predicted using the model agree well with the experimental data. The model also predicts well G_s at higher operating temperatures in the riser of an ICFB.