气固搅拌流化床流化和干燥特性实验研究

通过测定不同搅拌速度、床层高度下床层压降与表观气速间的关系,研究了水平桨气固搅拌流化床的流化特性。实验表明,搅拌增强了气固接触,明显改善了流化床的流化质量。对不同气速、不同搅拌速度下气固流化床的干燥特性进行了实验研究,结果表明,搅拌能加快流化床的传热速率,提高干燥速度。     

埋管流化床内不同粒径颗粒传热行为的欧拉-拉格朗日模拟研究

将有限元方法、基于非结构化网格的计算流体力学方法与离散单元法结合,建立了CFD-DEM-FEM耦合方法,并在此基础上采用k-ε湍流模型及考虑颗粒间及气固间作用的多向耦合传热模型,对埋管流化床内的流动和传热行为进行了模拟和分析.通过计算结果从微观尺度探讨了埋管流化床内的传热机制,分析了影响床内传热的关键因素,得到了换热管道周围固含率和传热系数的分布规律,考察了颗粒直径对埋管周围传热系数的影响.数值模拟结果与实验数据基本一致,证实了CFD-DEM-FEM耦合方法模拟复杂气固流动和传热的可行性和准确性.     

振动流化床浸没水平管传热特性研究

为了深入研究振动流化床浸没水平管的传热特性,分别以沙子和玉米细颗粒作为实验物料,用水平探头测定了振动流化床中这2种床层颗粒与浸没水平管间的传热系数,分析了操作气速、振动频率、空气进口温度等因素对传热过程的影响。结果表明:在低气速下,振动是影响振动流化床中传热的主要因素,振动的引入可以明显改善流化作用,可以在低气速下得到较好的传热效果,同时达到节能的效果。通过分析实验结果,建立了振动流化床的传热关联式,模型计算值与实测值能较好吻合。研究结果可为干燥膏状物料时确定适宜的操作参数提供参考。     

振动流化床宽筛分玻璃粒子与水平管局部传热特性

以宽筛分玻璃粒子为实验物料,测定了振动流化床与浸没水平加热管间的局部传热系数,研究了通气速率、振动频率和粒度分布对局部传热系数的影响.结果表明,浸没水平管局部传热系数随流化气速和振动频率的增加先增大而后逐步减小;小颗粒的存在有利于增强加热管与床层的传热;大颗粒比例的增加不利于管壁与床层的传热.由实验数据整理了预测局部传热系数的经验公式,经验公式与实验数据误差在20%以内,吻合较好.     

离心流化床中气固传热特性的实验研究

本文使用玻璃细珠、黄砂和氧化铝球在不同操作条件下进行了离心流化床气固两相间传热特性的实验研究．测定了气体入口、出口和床层温度随时间的变化．分析了床层厚度、粒径、物料性质、床体转速和气体流速等因素对气固传热特性的影响．首次获得了离心流化床气固两相传热的准则方程．     

振动流化床中水平换热管与粗钛矿传热特性的研究

以粗粒级原钛矿为实验物料,测定了振动流化床与水平加热管间的传热系数,研究了粗钛矿在流化状态下的传热特性,并对影响传热过程的因素进行了分析,得出了适宜的操作条件。在操作气速0.1ms-1、振幅2mm及振动频率1100min-1的条件下,振动流化床水平换热管的传热系数达到最大值。实验结果为粗钛矿的高效节能干燥提供了重要实验依据。     

循环流态化：（Ⅴ）传递规律

在循环流态化气、固传递规律研究中,传热规律的研究非常活跃,而传质规律的研究十分薄弱。本文着重阐述了循环流化床内床层与表面间的传热规律,综合分析了操作条件、颗粒物性以及传热表面几何尺寸等因素对传热系数的影响,同时对传热机理及其模型进行了讨论。     

振动流化床与浸没水平管平均传热特性理论分析与实验研究

在二维流化床(240mm×80mm)中,以平均粒径dp为1.83mm的玻璃珠为物料,研究了振动流化床与浸没水平管间传热规律;考察了流化数、振动频率、床高、水平管管径等因素对平均传热系数的影响。采用自制探头对浸没加热管束和振动流化床层间平均传热系数进行实验测定,利用颗粒团模型,建立了振动流化床层与浸没水平管间平均传热模型,并对平均传热系数的理论预测值与实验测定值进行了比较。结果表明:计算值与实验值吻合较好,误差在±15%范围内。在较高流化数、低振动频率时,实验值处于理论值上方;随着振动频率、管径增大,平均传热系数实验值逐渐趋于理论预测值甚至低于理论预测值。结果可为带浸没水平管的振动流化床设计和研究提供参考。     

大颗粒振动流化床颗粒临界流化速度研究

建立了带内置水平管的振动流化床,并以颗粒状磷酸一铵为实验物料对带内置水平管的大颗粒振动流化床颗粒临界流化速度进行了实验研究。结果表明,振动的引入对颗粒临界流化速度有着明显的降低作用;同样床层条件下振动频率和振幅越大,床层临界流化速度越低;振动对小粒径颗粒的影响稍强于大粒径颗粒;由实验数据拟合出用于预测该类流化床临界流化速度的经验公式,公式与实验数据吻合良好。     

混合颗粒在内置水平管振动流化床中流体力学研究

在内置水平管的二维振动流化床中研究了玉米粒与塑料珠颗粒混合物的流化特性,考察了颗粒质量分数、振动频率、振幅、内置水平管和振动强度对床层压降及临界流化压降的影响。实验结果表明,在混合颗粒的振动流化床中,固定床阶段,相同条件下床层压降随着玉米粒质量分数的增大而增大,流化床阶段随玉米粒质量分数增大而减小;内置管的引入增大了床层压降;振动的引入增大了固体床阶段的床层压降,降低了流化床阶段的临界流化压降;振动对大粒径的影响小于小粒径;由实验数据拟合出的用于预测带内置水平管的混合颗粒振动流化床临界流化压降的经验公式,经验公式与实验数据基本吻合。     

基于努赛尔方程的逆流管式换热器的性能研究

以努赛尔方程为基础建立数学模型,计算逆流管式换热器的总换热系数U、局部换热系数h,以及换热温差ΔT,并将理论计算结果与实验结果进行比较分析,表明该数学模型是合适的,为数学模拟逆流管式换热器提供了可行的方案。     

水平横槽纹管内氨沸腾换热及压降特性实验研究

对水平横槽纹管内氨沸腾换热及其压降特性进行了实验研究，获得了不同热流密度、不同质量流速和不同局部蒸汽干度下沸腾换热和压降的实验数据。实验结果表明，在本实验的参数范围内，与光滑管相比，横槽纹管在压降增加不大的情况下可使管内沸腾换热系数提高３０％～１５０％，横槽纹管的节距减小对传热强化的作用明显，而对槽深的影响不大。还给出了横槽纹管内氨局部沸腾换热和压降的无因次准则关系式。     

水平管外降膜蒸发流动和传热特性数值模拟

建立三维模型并模拟了制冷剂R410A在水平管外的降膜流动和蒸发过程,探究了喷淋密度、热通量和布液孔偏离管轴心距离对降膜流动和传热的影响。结果表明：沿管周方向,液膜厚度和传热系数逐渐减小并趋于稳定,至管底处由于局部液体堆积,液膜增厚、传热系数降低;喷淋密度较小时,总传热系数随着热通量增加而降低,随着喷淋密度增加而显著提高;液膜Reynolds数达2000后,总传热系数随喷淋密度增加而缓慢提升并趋于平稳,此时热通量的增加会提升总传热系数;随着布液偏心距的增加,总传热系数先略微上升并趋于平稳,而后由于出现局部“干涸”和液膜堆积区域,总传热系数急剧下降;随喷淋密度的增加,总传热系数急剧下降的临界点会逐渐往大偏心距偏移。     

CO2水合物浆在水平圆管中的传热特性

在CO₂水合物浆流动传热特性测试实验系统上,采用套管式电加热的方法对CO₂水合物浆进行了分解实验,并对CO₂水合物浆的流动传热特性进行了分析。对CO₂水合物浆的相变特性进行了研究,得到CO₂水合物浆的相变温度在8～12℃。研究了在固相体积分数为13.2%以及流速为0.45m/s的条件下CO₂水合物浆在内径为8mm的水平不锈钢管中的传热特性,计算得到CO₂水合物浆在不锈钢水平圆管中的对流传热系数为1500～1800 W/(m²·K),并且其在流动传热过程中呈现先增大随后趋向平稳的趋势,在水合物的相变区相应的对流传热系数表现最大。研究了分解加热功率对管壁温和对流传热系数的影响,发现加热功率对管壁温度的影响较强。在实际应用中可利用CO₂水合物浆的相变作用来增强传热,提高传热效率。     

间接加热式列管回转干燥机传热系数的测试方法

在对列管回转干燥机内传热过程进行深入分析的基础上,设计了简便、可靠的实验系统,并运用非稳态传热理论导出列管壁面与物料颗粒间的传热系数与被测量参数的关系式,从而建立了一套用于间接加热式列管回转干燥机的加热管壁面与物料颗粒间传热系数的测试方法。实验装置的传热系数测量结果显示,列管壁面与颗粒间的瞬时传热系数随筒体转动呈现周期性的变化规律,随着列管位置的升高,传热系数呈逐渐降低的趋势。通过对测试结果的误差分析表明,对传热系数测量精度影响最大的因素是紫铜管表面积,其余依次为壁面升温速率、加热电流、列管壁面温度和物料温度的测量。对常见的6种运行工况的传热系数测试结果进行了可靠性分析,结果表明,所产生的最大相对误差小于3.5%,壁面升温速率的测量误差是总误差的主要构成部分。     

竖直管气固鼓泡流化床传热机理的CPFD模拟

针对细颗粒气固鼓泡流化床中床料与竖直传热管壁面间的传热行为,在前期实验的基础上,采用计算颗粒流体力学(CPFD)方法从颗粒在传热壁面更新的角度,深入分析了传热特性与壁面气固流动行为之间的关联性。结果表明,模拟得到的传热管壁面颗粒更新通量和基于颗粒团更新模型的颗粒团平均停留时间均能很好解释实验测得的传热系数变化规律,这证实颗粒团更新是影响传热过程的控制性因素。模拟还发现随加热管从床层中心向边壁的移动,加热管周向方向上颗粒更新通量和传热系数的不均匀性都呈增大趋势。随着表观气速的增大,气泡行为导致床层颗粒内循环流率增大,这是导致颗粒团在加热管壁面上的更新频率增大以及床层与壁面间传热系数增大的根源。     

Eulerian–Eulerian simulation of heat transfer between a gas–solid fluidized bed and an immersed tube-bank with horizontal tubes

A two dimensional Eulerian–Eulerian simulation of tube-to-bed heat transfer is carried out for a cold gas fluidized bed with immersed horizontal tubes. The horizontal tubes are modelled as obstacles with square cross section in the numerical model. Simulations are performed for two gas velocities exceeding the minimum fluidisation velocity by 0.2 and 0.6 m/s and two operating pressures of 0.1 and 1.6 MPa. Local instantaneous and time averaged heat transfer coefficients are monitored at four different positions around the tube and compared against experimental data reported in literature. The effect of constitutive equations for the solid phase thermal conductivity on heat transfer is investigated and a fundamental approach to modelling the solid phase thermal conductivity is implemented in the present work. Significant improvements in the agreement between the predicted and measured local instantaneous heat transfer coefficients are observed in the present study as compared to the previous works in which the local instantaneous heat transfer coefficients were overpredicted. The local time averaged heat transfer coefficients are within 20% of the measured values at the atmospheric pressure. In contrast, underprediction of the time averaged heat transfer coefficient is observed at the higher pressure.     

Particle‐scale simulation of the flow and heat transfer behaviors in fluidized bed with immersed tube

A kind of new modified computational fluid dynamics‐discrete element method (CFD‐DEM) method was founded by combining CFD based on unstructured mesh and DEM. The turbulent dense gas–solid two phase flow and the heat transfer in the equipment with complex geometry can be simulated by the programs based on the new method when the k‐ε turbulence model and the multiway coupling heat transfer model among particles, walls and gas were employed. The new CFD‐DEM coupling method that combining k‐ε turbulence model and heat transfer model, was employed to simulate the flow and the heat transfer behaviors in the fluidized bed with an immersed tube. The microscale mechanism of heat transfer in the fluidized bed was explored by the simulation results and the critical factors that influence the heat transfer between the tube and the bed were discussed. The profiles of average solids fraction and heat transfer coefficient between gas‐tube and particle‐tube around the tube were obtained and the influences of fluidization parameters such as gas velocity and particle diameter on the transfer coefficient were explored by simulations. The computational results agree well with the experiment, which shows that the new CFD‐DEM method is feasible and accurate for the simulation of complex gas–solid flow with heat transfer. And this will improve the farther simulation study of the gas–solid two phase flow with chemical reactions in the fluidized bed. © 2009 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 2009     

Dynamic Heat Transfer Characteristics Modeling of Microencapsulated Phase Change Material Slurries

Convective heat transfer characteristics of microencapsulated phase change material slurries (MPCSs) flowing in a circular tube under constant heat flux are studied and a feasible heat transfer model is presented. The heat transfer coefficient of MPCS and the wall temperature of the circular tube are simulated. The simulation results agree qualitatively with the experimental results. The effects of Stefan (Ste) number, mass concentration, phase change temperature range, and Reynolds (Re) number on heat transfer characteristics are discussed. The results indicate that the Ste‐number and mass fraction are the most important parameters influencing heat transfer properties compared to the phase change temperature range and Re‐number which less affect these characteristics.     

螺旋管内单相液体紊流脉动流动传热

以水为工质对螺旋管内单相液体充分发展紊流脉动传热特性进行了实验研究 ,发现了紊流脉动传热系数与流量脉动相位间的反相关系 ,引进了两个新的准则数 :脉动频率数W0 和脉动振幅率Ap,对紊流脉动传热规律进行了分析讨论 ,并根据紊流脉动传热参数的瞬态变化规律 ,对脉动过程中的管内二次流特征和变化作了详细讨论和分析 .