布风结构对埋管浅床内非均匀颗粒流化特性的影响

针对含内埋管的3维浅层流化床，以空气和非均匀铝矾土铸造砂颗粒为气相和固相开展冷态实验，采用压差变送器测量了5种不同开孔率布风板的床层压降，考察了开孔率、静床高度及流化仓室配风模式对非均匀颗粒流态化特征参数及流化质量的影响。结果表明，非均匀颗粒的床层压降特性曲线不存在明显的突变，流化过程分为固定床、半流态化和完全流态化三个阶段，各阶段分界点特征速度受开孔率影响不大。对于平均粒径为215μm的非均匀颗粒，床层压降标准差随开孔率的变化存在极小值，开孔率为0.79%的布风板流态化稳定性最高。配风模式对多仓室流化床局部床层压降有重要影响，采用等风速模式可有效降低仓室之间的压降差异，提高整体流化空间的均匀性。     

纳米SiO2在添加磁性大颗粒磁场流化床中的流态化

研究了纳米SiO2在添加磁性大颗粒磁场流化床中的流化性能,实验中通过测量其床层膨胀曲线、床层压降曲线以及塌落曲线表明:磁性大颗粒在交变磁场下的振动作用可以破碎流化床中纳米SiO2的大聚团.使床层压降和床层膨胀明显增大,流化质量获得显著提高.实验同时考察了磁场强度、磁性颗粒的添加量以及不同的静床高度等参数对流化性能的影响.获得了最佳工艺操作条件.     

气-固微型流化床压降特性及最小流化速度的实验研究

在内径3~20 mm的4个气?固微型流化床中,分别考察了A类和B类两种类型颗粒的流化特性,同时研究了床几何结构、操作条件、物相性质等各因素对其最小流化速度的影响。结果表明,气?固微型流化床中的床层压降特性与颗粒类型密切相关,不同的流动状态下两种类型颗粒的流动特性存在显著地差异。在固定床阶段,与B类颗粒相比,A类颗粒与壁面间的相互作用更强,导致实验压降值偏离计算值更大;在流化床阶段,较大颗粒粒径和密度的B类颗粒在床层内表现出了更高的气泡聚并和破裂程度,加剧了颗粒间的碰撞,增加了能量损失,从而形成了较高的实验压降。气?固微型流化床的最小流化速度除了与操作条件和物相性质有关外,床内径与静态床层高度对其也会产生显著影响。随着床径减小及静态床高增加,最小流化速度逐渐增加。综合考察各影响的因素,提出了适用于实验考察范围内预测微型流化床最小流化速度的经验关联式。     

S型垂直筛板流化床的性能

在S型垂直筛板流化床中,以FCC催化剂和空气作为流化介质,对垂直筛板流化床的流化性能进行冷模实验研究,考察了板孔气速、固体循环量和帽罩结构对床层压降和帽罩提升量的影响,用提升量收集器测量帽罩提升量。实验结果表明,床层压降随板孔气速和帽罩底隙高度的增加而增加,而随塔板开孔直径、帽罩开孔直径和开孔率的增加而下降。帽罩提升量则随板孔气速、固体循环量、塔板开孔直径及帽罩底隙高度的增加而增加;随帽罩开孔直径的增加,提升量先增加后下降。     

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。     

粗颗粒在锥型床中的流化特性

通过Ｇｅｌｄａｒｔ－Ｄ类粗颗粒在三种锥形床中的实验表明：随着入口的表观气速的增加,在床中依次出现固定床流区,部分流化区和喷动流区。在固定床区内,压降和表观气速关系可以通过Ｅｒｇｕｎ公式求得：在部分流化床区内;实验和理论计算均表明了由于颗粒所受到的曳力档的轴向高度增加而减小,造成床层轴向上部未流化的颗粒对下部硫化颗粒膨和压制作用,在喷动流化区内,给出了预测锥形床的初始喷动气速和喷动压降的经验公式。     

微小流化床流化特性分析

在内径4.3, 5.5, 10.5, 15.5, 20.5和25.5 mm的6个气固微小流化床中,考察了石英砂和不同粒径的催化裂化催化剂的流化特性. 研究了流化床尺寸、颗粒及流化介质物性对微小流化床床层压降及最小流化速度的影响. 结果表明,不同颗粒及流化介质的微小流化床床层压降实验值均小于计算值. 传统的压降关联式不能直接用于微小流化床. 其最小流化速度随床径减小呈指数增大,在高径比1:1~3:1范围内,最小流化速度随料高增大近似呈线性增大,其增大速度随床径增大而变缓. 基于实验数据得出了微小流化床最小流化速度的关联式.     

带导流管多层流化床流体力学特性实验研究

多层流化床的应用范围受操作可调性和稳定性等因素限制。在改变传统筛板结构的基础上,研究了传统穿流板多层流化床和导流管多层流化床床层压降随表观气速和进料速率的变化规律,实验结果表明,导流管多层流化床不仅大幅减小了床层压降、提高了床体处理能力和可调范围,而且也改善了物料的流化质量。此外,当料层达到一定高度时,导流管多层流化床还具有喷动流化床的特性,同时导流管还具有溢流物料的作用,进一步加大了气固传质效率和床体处理能力。在流体力学分析的基础上,推导出导流管多层流化床床层压降的关联式,得到了床层压降随进气气速和进料速率的关系,与实验数据基本吻合。     

锥形流化床内碳纳米管的膨胀特性研究

流化床是碳纳米管宏量制备的一个关键设备,本文对100 mm管径无分布器式锥形流化床内的碳纳米管进行了床层膨胀研究的实验。通过对两种碳纳米管流化特性的观测分析,结果发现:对于垂直阵列管,存在分部流化的特性,对于聚团管,存在小颗粒迁移流化的特性。对初始床层高度为150,170,190 mm的流化床内的碳纳米管进行研究,在不同初始床层高度的情况下,不同种类的碳纳米管的膨胀行为和压力信号存在明显的差异,实验表明,在相同流速下,随着初始床层的增加,床层压降增加、初始流化风量和完全流化风量增加,膨胀率降低。     

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。     

稻草及热解半焦颗粒流化特性

研究了稻草及不同温度热解半焦颗粒在内径100 mm、高1000 mm的有机玻璃流化床中的流化特性. 结果表明,稻草颗粒无法单独流化,而其热解半焦颗粒可单独流化;半焦颗粒的最小流化速度随粒径增大而增大,与床层高度无关,筛分粒径为0.45~0.9, 0.18~0.45, 0.125~0.18 mm的半焦颗粒的最小流化速度分别为0.19, 0.16, 0.14 m/s;300~550℃温度范围内稻草热解半焦颗粒的流化特性无明显区别;半焦与稻草颗粒混合流化时,稻草颗粒不大于20%(w)时床层有较好的流化质量,混合颗粒的最小流化速度都随混合颗粒中稻草含量增大而增大.     

An adhesive CFD‐DEM model for simulating nanoparticle agglomerate fluidization

Nanoparticles are fluidized as agglomerates with hierarchical fractal structures. In this study, we model nanoparticle fluidization by assuming the simple agglomerates as the discrete element in an adhesive (Computational Fluid Dynamics—Discrete Element Modelling) CFD‐DEM model. The simple agglomerates, which are the building blocks of the larger complex agglomerates, are represented by cohesive and plastic particles. It is shown that both the particle contact model and drag force interaction in the conventional CFD‐DEM model need modification for properly simulating a fluidized bed of nanoparticle agglomerates. The model is tested for different cases, including the normal impact, angle of repose (AOR), and fluidization of nanoparticle agglomerates, represented by the particles with the equivalent material properties. It shows that increasing the particle adhesion increases the critical stick velocity, angle of repose, and leads from uniform fluidization to defluidization. The particle adhesion, bulk properties, and fluidization can be linked to each other by the current adhesive CFD‐DEM model. © 2016 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 62: 2259–2270, 2016     

单组分颗粒振动流化床的流体力学研究（2）──床层膨胀和起始流化速度

本文在振动流化床中研究床层膨胀和颗粒的起始流化速度,分别研究颗粒物性、振动特性（频率、振幅）和静止床层高度对它们的影响,根据不同的振动条件下Ｇｅｌｄａｒｔ’Ａ、Ｂ、Ｄ类１３种物料起始流化速度的实验结果,关联了实验条件下起始流化速度的计算式,此计算式对振动流化床的设计具有指导意义。     

大颗粒流态化特性的实验研究

通过对大颗粒流化曲线及床层高度的测试对大颗粒流化床的流化过程进行了研究。结果显示,大颗粒的流态化过程是一个渐进的过程,整个流化过程可以分为:床层高度恒定、颗粒位置调整、表面颗粒运动、节涌波动和完全流化5个阶段。由于颗粒自身特性的影响,导致大颗粒流化过程中的各个特征速度(如起始鼓泡流化速度和完全流化速度)产生了有别于小颗粒流化床的特性。     

气固流化床气泡发生频率的研究

在单孔二维气固流化床中(292mm×16mm)用高灵敏度电容探针研究气泡发生频率.以频谱分析仪分析气泡频率分布曲线.考察了一系列参数对气泡频率功率分布密度曲线的影响,其中包括颗粒直径(0.105—0.590mm),颗粒重度(590—2990kg/m~3),颗粒最小流化速度(0.0072—0.481m/s),床层初始高度(205—565mm),探针离孔口垂直距离,孔口气体流率(0.5—35×10~(-4)m~3/s)以及床层辅助流化气速(0—3倍最小流化速度)等.对于重度低的小颗粒流化床,单孔气泡发生频率符合Davidson和Harrison早先推导的模型.随着颗粒直径和重度的增大,实验数据与上述模型呈有规律的偏差.本文提出气体从形成中气泡的顶半球以最小流化速度值向乳浊相泄漏的模型,推导了气泡发生频率的基本方程.以本研究的泄漏模型,用数值计算方法在计算机上计算的气泡发生频率与实验数据相吻合.     

生物质快速热解流化床反应器气力进料特性

为探究不同工况下热解流化床反应器的气力进料特性,设计并搭建了流化床反应器气力进料冷态试验装置。生物质原料和床料分别采用落叶松颗粒和石英砂颗粒,通过试验测得了本装置的最小流化速度,研究了流化气速、喷动气速、流量比、初始静床高、石英砂粒径、落叶松粒径对流化床反应器气力进料特性的影响。试验结果表明：流化气速和喷动气速的增加均会提高进料率;流化气使床料流化并为落叶松颗粒提供进料空间,喷动气为落叶松颗粒提供动能,并平衡一部分床层压力;落叶松与石英砂粒径的增加对进料效果不利;流量比在1.9~2.7范围内进料率高且稳定性好。本文构建了生物质、床料与气体的三相流物理及数学模型,开展试验对模型进行验证,结果表明其预测误差为±13%。     

Influence of multiple gas inlet jets on fluidized bed hydrodynamics using Particle Image Velocimetry and Digital Image Analysis

A rectangular fluidized bed setup was developed to study the evolution of inlet gas jets located at the distributor. Experiments were conducted with varying distributor types and bed media to understand the motion of particles and jets in the grid-zone region of a fluidized bed. Particle Image Velocimetry and Digital Image Analysis were used to quantify the parameters that characterize these jets. A grid-zone phenomenological model was developed to compare these parameters with those available in the literature. It was determined from this study that jet penetration length behavior is consistently different for fluidization velocities below and above the minimum fluidization. For velocities above minimum fluidization, jet lengths were found to increase more rapidly with increase in orifice velocity than for operating conditions below minimum fluidization.