循环流化床液液雾化过程转型的实验研究

建立了循环流化床液液雾化的实验装置,对水在非相溶介质中喷射雾化进行了研究。采用高分辨率数码摄像仪实时采集不同工况条件下的雾化形态,对比分析了雾化过程转型现象;通过图像处理与数值计算相结合的方法,对实验结果进行了分析。结果表明,雾化过程与相间相对雷诺数密切相关,在相对雷诺数为1 632时,由鼓泡型转变为连续射流型,而当相对雷诺数增加到1.14×105时,雾化则由连续射流型转变为紊态射流型;在雷诺数大于1.62×105后,液滴粒径急剧减小。在紊态射流形态中,雾化液滴数多且粒径微小,符合液液循环流化床制取流体冰技术对液滴尺度的要求。     

液-液循环流化床动态制冰特性

建立了液-液循环流化床制取流体冰的热态试验装置,在多工况条件下对该新技术的动态制冰特性进行了试验研究.通过对所获得的冰晶颗粒进行粒径的测量与统计整理,分析了冰晶粒径分布,并对影响冰晶尺寸的关键因素进行了探讨:通过计算机实时记录循环系统各测点温度,对载冷介质的沿程温变进行了分析;最后考察平衡工况下喷水量与载冷油介质循环量的关系.结果表明,所获得的冰晶粒径早离散性分布,主要集中在1mm～2mm区间;冰晶粒径与载流介质流量、喷水量及喷嘴内径密切相关,体现为随载流介质流量降低而减小,随喷水量增加呈先增大后减小的变化趋势,在喷水量为120mL·min-1时达到最大值,在喷嘴内径较小时,冰晶粒径明显减小;流化床内载流介质温升梯度沿床高而减小;载流介质循环量随喷水量的增加呈先增大后减小的变化趋势.在液-液雾化中形成体积微小的雾化液滴,是提高系统运行经济性有效的途径.     

液_液射流雾化的数值模拟与实验研究

建立了液-液雾化机理的数值模拟平台与实验研究平台,对水在非相溶溶液中的喷射雾化机理进行了研究。应用VOF-CSF多相流模型对雾化过程进行了数值模拟,并在相同工况下进行了实验验证和对比。研究表明,所建立的数学模型能成功地模拟连续射流雾化过程,与实验结果取得了非常好的一致性。通过数值模拟和实验相结合的方法,对雾化过程中的射锥高度、射流速度、非相溶介质流速等关键因素的影响进行了探讨,获得了相应的规律:在确定的雾化条件下,雾化液滴粒径呈现出离散性;液滴的运动方式随射流速度的增加由规则逐渐过渡为紊乱;射流速度为3.5 m/s与非相溶介质流速为0.18 m/s时,雾化射锥高度变化趋势发生转变。本文的研究结果对认识液-液射流雾化机理以及相应的工程应用,具有重要的指导意义和实用价值。     

烟气脱硫塔内气固流动耦合特性探讨

采用直接模拟蒙特卡诺法(DSMC)与欧拉法相结合的数值计算方法,对烟气脱硫塔内两相湍流中固相颗粒质量承载率对气相场的影响进行了研究.在塔内颗粒 Stokes 数保持在 1～100 范围内时,通过逐渐增加颗粒质量承载率,对塔内气固流动耦合特性进行了分析,获得了不同颗粒质量承载率下塔内气固流动特征、颗粒浓度沿轴向分布、气相轴向速度沿径向分布以及床层压降曲线.结果表明,在颗粒质量承载率不大于O.031时,颗粒流动追随性较好,呈气力输送流态,此时颗粒运动对连续相场的影响极小,可以忽略不计;当颗粒质量承载率大于0.031后,床内气固流动耦合作用加强,离散颗粒的运动对气相场影响明显,气、固两相流动特性相互依赖,呈现出明显的非稳态、非均匀性;在颗粒质量承载率较大时,床层压降与离散颗粒场分布密切关联.     

壁面约束对气固两相流中细长颗粒流化特性影响的数值研究

细长颗粒的循环流化在工业生产中具有非常广泛的应用，如生物质秸杆在循环流化床中的燃烧，烟丝在循环流化床中的干燥或加湿等。细长颗粒的流化特性受颗粒间碰撞及当地气场风速等因素的影响。文中根据刚体动力学及动量守恒定理，建立起颗粒-壁面碰撞三维数学模型，并采用此三维数学模型研究了壁面约束效应对细长颗粒流化特性的影响。研究发现，壁面对提升管内壁面附近区域的细长颗粒的取向分布及浓度分布均有明显的影响，并且，取向分布随径向位置变化规律也受壁面约束影响。     

制取颗粒冰新方法——气体引射法

提出一种制取颗粒冰的新方式：冷气流流经文丘里管并在最小截面处产生负压,吸入常温液态水,水在低温的气流中迅速地雾化结冰。该方法通过雾化来降低水滴的直径,极大地增加了其相对换热表面积,避免了传统静态制冰方式中因结冰厚度的增加而引起传热热阻增大的问题。系统除一个循环风机外无任何运动部件,故具有很好的可靠性。     

基于蒙特卡罗法的脱硫塔内气固流动数值模拟

用欧拉法处理气相场的同时用基于拉格朗日法的直接数值模拟蒙特卡罗(direct simulation Monte Carlo,DSMC)法处理离散颗粒场,对循环流化床烟气脱硫塔内气固两相流动特性及其优化进行了数值模拟。基于非结构网格进行数值求解,采用四向耦合方法严格地考虑颗粒-流体、颗粒-颗粒、颗粒-器壁间相互作用,并应用高效的非结构网格搜索法,实现气固相间一一映射的耦合作用与反馈。获得了加装导流板组前后,脱硫塔内气固流动特征、轴向速度分布以及固相颗粒浓度分布,同时对影响颗粒停留时间及颗粒碰撞率的关键因素进行了分析。结果证实了调节脱硫塔内多相流动的必要性与有效性;调节后,塔内两相流动及其分布呈理想对称状态,塔内空间得到了充分利用,各粒径档颗粒停留时间比较一致;颗粒停留时间与气相场分布及颗粒物性密切相关;调节后,床内颗粒碰撞率明显低于调节前。     

液_液雾化的射流特性与粒径分布

液滴的粒径分布是液-液循环流化床制取流体冰技术的关键因素之一。在流化床实验装置上,采用快速摄像与图像处理相结合的方法,研究低流速下液-液单孔雾化的射流及其对液滴粒径分布的影响,射流长度的变化和液滴的粒径分布运用数学统计的方法进行分析。研究结果发现,当射流速度大于1.14m/s时,开始出现射流;各个流速工况下射流长度的波动具有随机和非周期的特点,其均值与方差随射流速度增大的总体变化趋势是先增大后减小;转折点在射流速度为6.58m/s时,在射流长度波动的峰点处形成球形或锥形射流顶部是液滴的粒径具有大小差异及其运动路径发生摆动的主要原因;各流速工况下,液滴的粒径分布与Rosin-Rammler分布符合的很好;研究结果为液-液循环流化床实际运行时控制雾化形成液滴的粒径分布提供可靠依据。     

液液雾化特性与粒径分布规律

液液雾化过程是液液循环流化床的关键技术之一，在流化床常态实验装置上，采用快速摄像与图像处理相结合的方法，获得了实验流量范围内液滴形成过程的图像以及形成液滴的粒径信息，运用数学分布函数对液滴的粒径分布进行了研究。研究结果表明，各流量工况下，液滴的粒径分布与Rosin-Rammler分布符合得较好;在实验流量范围内，形成液滴的区域有单液滴形成区域、过渡区域和多液滴形成区域，且液滴中位径的总体趋势是减小的，当水的流量为50 ml·min-1时，形成液滴的粒径主要集中在0.7～1.0 mm之间;在单液滴形成区域和多液滴形成区域，液滴粒径的均匀性先减小后增大，中位径呈减小趋势，但在多液滴形成区域两者的变化幅度较小，在过渡区域，液滴粒径的均匀性与中位径基本不变。研究结果可为液液循环流化床基于设计粒径的要求合理选取运行流量提供可靠依据。     

液-液同向流中冰浆的形成

A new technique for ice slurry production was explored. Multiple small water-drops were formed in another immiscible chilled liquid by a single-nozzled atomizer and frozen in the fluidized bed by direct contact heat transfer. Experiments were conducted to investigate the dynamic behaviors of the ice crystal making system. The results demonstrate that the ice crystals could be produced continuously and stably in the vertical bed with the circulating coolant of initial temperature below -5℃. The size distribution of the ice crystals appears non-uniform, but is more similar and more uniform at lower oil flow rate. The mean ice crystal size rests seriously with the jet velocity and the oil flow rate. It decreases with decreasing the oil flow rate, and reaches the maximum at an intermediate jet velocity at about 16.5 m.s y. The ice crystal size is also closely related to the phenomenon of drop-coalescing, which can be alleviated considerably by reducing the flow rate or lowering the temperature of the carrier oil. However, optimization of liquid-liquid atomization is a more effective approach to produce fine ice crystals of desired size.