基于PIV的循环湍动流化床颗粒速度分布研究

试验采用粒子图像测速系统(PIV),研究了循环湍动流化床(C-TFB)在不同静止床层高度、不同操作气速、不同截面高度下颗粒速度分布及变化规律。试验在主体尺寸为2.00 m×0.40 m的C-TFB上进行,采用PIV系统对提升管不同截面高度进行测试,根据试验得到的最终速度矢量图对颗粒的速度进行分析。结果表明:操作气速U0越大,则轴向正方向速度越大,轴向负方向速度减小,说明适当增加U0可减少颗粒返混,提高反应器工作效率;静止床层高度H0的增加对颗粒速度影响较小,而床内物料含量增加,说明C-TFB反应器对物料的处理能力大;不同截面高度的颗粒运动变化差别较大,截面越高颗粒速度越趋于平缓,说明颗粒速度变化特征与提升管的尺寸密切相关。     

基于LBM-DEM耦合模型的多孔射流喷动床内流动特性

研究喷动床内颗粒的流动特性对于喷动床的设计和优化具有重要意义。基于格子Boltzmann方法 (LBM)-离散单元法(DEM)的数学模型,综合考虑固体运动对流场的影响,气相采用修正后的格子Boltzmann方程计算,颗粒-颗粒以及颗粒-壁面之间的碰撞采用离散单元法软球模型,颗粒所受气体曳力采用Gidaspow曳力模型,流固耦合基于牛顿第三定律,从介观角度深入剖析了多孔射流稠密气固流化床内流动机理。采用Fortran语言编程对上述模型进行求解,通过复现气泡在鼓泡床中的演化过程,有效验证了LBM-DEM耦合模型的准确性。研究了单喷口系统与多喷口系统在不同射流速度下的空隙率、颗粒拟温度、床层膨胀高度以及颗粒动能与势能等典型参数变化。结果表明:单喷口射流气速增加时,气体对颗粒的携带能力增强,喷泉区扩大,床内空隙率分布增大,速度脉动变大,颗粒拟温度升高,床层膨胀高度提高;而在多喷口系统中,相邻喷口间存在较强的横向扰动,在床层底部喷泉区出现明显射流合并,位于中心射流区域的颗粒获得较高动量,喷口数的增加使得床层膨胀高度提高27.50%,时均空隙率范围扩大,颗粒拟温度升高,且射流合并高度随喷口数量的增加而降低28.57%,颗粒势能增加66.07%,动能减少48.48%。以上分析结果表明基于修正格子Boltzmann方法与离散单元法相结合的耦合模型可以作为分析稠密气固两相流内在机理的有效工具。     

工艺条件对费托铁基催化剂气固流化特性的影响

传统上浆态床费托合成铁基催化剂主要采用浆态床反应器进行还原,之后转移至费托合成反应器中进行反应。随着费托合成反应器规模的扩大,配套的浆态床还原技术显现出了生产能力小,还原周期长等不足。通过对费托合成铁基催化剂气固流化特性进行研究,开发产能大、还原周期短的气固流化床还原技术能够显著提高费托合成装置的经济效益。在分析了费托铁基催化剂物性参数的基础上,利用氢气和氮气的混合气模拟还原合成气,在能够升温加压的不锈钢气固流化床反应器内,研究了工艺条件对催化剂气固流化特性的影响,包括温度、压力条件对床层压差脉动幅值的影响,温度、表观气速对反应器床层内气固分布的影响,并结合数值模拟揭示了加压条件下表观气速和温度条件对反应器床层轴向和径向的颗粒体积分数分布、径向颗粒速度分布的影响规律,获得了加压条件下床层从鼓泡流化态到湍动流化态的转变速度并与常压结果进行了对比。实验结果表明,压力增加能够降低床层压差脉动幅值;床层气固分布变化规律及关联计算结果表明在3.0 MPa条件下床层由鼓泡流化态转变为湍动流化态的气速为0.26 m/s。床层不同高度的径向模拟结果表明,在不同表观气速下,反应器内颗粒体积分数都沿径向呈...     

振动流化床流化特性与细粒煤干法分选

将振动能量引入气固分选流化床,形成振动分选流化床,将煤粉和磁铁矿粉混合作为二元复合加重质,利用微差压传感器在线采集床层压力信号,并采用信号时频分析方法将信号进行划尺度分解,从微观角度分析振动流化床分选过程中的流化行为特性,研究振动能量对分选流化床流化质量的作用,并利用床层压力信号能量量化研究压力波动与不同流化现象的响应;基于对6～1 mm细粒煤分选试验结果的研究,结合床层中气泡行为的演变规律,提出了细粒煤分选效果的颗粒混合熵评价方法,研究了6～1 mm细粒煤在振动流化床中的分选特性及气泡运动行为对细粒煤离析分层效果的影响。结果表明,气泡引起压降信号的能量随着气速的增加,呈先增加后降低的趋势,随着振幅和频率的增加,气泡引起的压降信号能量逐渐增大,但床层压降信号的总能量随着气速、振动频率和振幅的增大逐渐增加。此外,通过对精煤和矸石组分的颗粒混合熵判定2组分的离析程度发现,随气速的增大,颗粒混合熵的变化趋势先降低后升高,随着振动频率和振幅的增加,精煤和矸石的颗粒混合熵逐渐增大,且在振幅A=2 mm,频率f=20 Hz,流化气速v=12 cm/s条件下,床层压力波动的能量和颗粒混合熵最低,床层...     

浓相气固高密度流化床内的气泡动力学行为特性

采用试验测量与数值模拟计算相结合的方法,对干法选煤采用的浓相气固高密度流化床内的气泡动力学行为进行研究。对影响床层稳定性和密度均匀分布的气泡尺寸与上升速度进行计算分析,结果表明：以Geldart B类高密度磁铁矿粉作为分选介质,在表观流化气速 1.5 U mf ≤ U ≤ 2.2 U mf的条件下,气泡沿床高方向与床体轴向的气泡平均直径分布为35 mm< D b <49 mm和 40 mm< D b <61 mm,气泡上升速度范围为40~65 cm/s,试验与模拟结果基本吻合;此时,流化床内各点的密度分布均匀稳定,密度分布标准偏差为0.016 8。因此,调节表观流化气速 1.5 U mf≤ U ≤2.2 U mf ,可以使气泡尺寸和上升速度都保持在合理的范围内,流化床处于最有利于煤炭分选的准散式流态化,分选效果最好。     

基于Euler-Euler模型的空气重介质流化床密度分布特性

以Geldart B类磁铁矿粉为主体加重质,采用试验测量与基于Euler-Euler多相流模型的数值计算相结合的方法,考察流化床沿床层高度方向和轴向的密度分布特性。结果表明：当操作气速控制在1.50 U mf ≤ U ≤2.20 U mf时,床层密度沿床层高度方向与轴向位置的分布范围分别为1.95~2.10 g/cm3与2.00~2.10 g/cm3,两者的密度标准差均小于0.20 g/cm3。其中,轴向密度稳定性要高于床高方向密度稳定性,因此在实际分选过程中要侧重保持沿床高方向的密度波动性最小,进而提高流化床三维空间内的密度均匀稳定性,试验测量与数值模拟结果基本吻合。     

干法重介质流化床压力多尺度分析与流化质量表征

选煤是煤炭清洁加工利用的源头技术，干法选煤是干旱缺水地区与易泥化煤炭高效分选提质的重要途径。干法重介质流化床通过上升气流驱动加重质颗粒流化形成一定密度的气固流态化床层，实现对煤炭按密度分选，床层密度均匀稳定性即床层流化质量是决定分选精度的关键。受到气流、气泡、运动内构件、入料等多因素扰动，床层流化行为复杂多变，压力信号呈现出非均匀性、非线性、多尺度特征。基于干法重介质流化床压力信号的轴向差异传递与横向等效扩散特性，着重研究了床层轴向压差波动特征，提出流化质量定量表征方法。结果表明：基于时域分析可知，Geldart A类加重质颗粒床层总压降概率密度分布接近于正态分布；当床层散式膨胀时，由于颗粒间接触力的分布不均，概率密度呈现右偏且尖峰的偏离正态分布。通过频域分析发现，在床层膨胀区间的中末期，气泡主频主导了流化床的整个轴向区间；完全流化后的流化床，气泡主频仅控制着床层中部区域，床层浓度信号主频沿床层轴向分布变化明显。结合时域和频域信号分析结果，提出以轴向床层浓度主频为子区间波动标准差权重值的流化质量表征模型，可以综合评估干法重介质流化床的密度分布均匀性和稳定性，为干法重介质流化床分选密度稳...     

空气重介质流化床中细粒煤的流化与分选特性

3~1 mm粒级细粒煤介于煤粉与传统空气重介质流化床分选所适用的粒度之间,其在空气重介质流化床中被分选的同时对自身分选与流化特性产生重要影响。利用高速动态摄影等手段详细研究了空气重介质流化床分选3~1 mm细粒煤过程中不同流化数下床层的流化特性、压降波动、煤粒分离混合规律以及流化床中不同高度处的密度分布,阐释了气泡在分选过程中的作用机理。结果表明,加入一定量细粒煤后床层密度降低,流化效果发生了一定程度的改变。随着气速的增加,煤粒在流化床中先后经历了分离与混合两种状态,流化床各高度的密度也随之改变。当流化数在1.8~2.0时煤粒达到较好的分离效果。随着气速增大煤粒受气流影响增大,不再严格按照流化床密度分离。     

JJF浮选机气-液两相流流场特性研究

为深入研究 JJF 型浮选机的流场特性及气泡分布均匀性,基于标准 k-ε 湍流模型和 Euler-Euler 双流体 模型,结合 CFD 理论对气-液两相流流场特性进行数值模拟,研究了 JJF-0.2m³自吸气浮选机的速度场、压力场、气 含率以及气泡分布均匀性。模拟结果表明：转子转速提高,平均气含率随之提升,形成的气泡越多;气相、液相的速 度矢量图基本一致,沿中心转轴呈对称式分布,混合流体流动形成大范围的涡流,形成的气泡更多;槽内压力主要 集中在竖筒与循环筒上,内部存在较大的周向流,转子区域压力降低,转子使用寿命增加;转子区域的气含率随着 高度的增加而增加,达到最大值后逐渐降低并趋于稳定,达到稳定状态下的气含率分布均匀且对称,气泡分布均匀 且对称,转子与定子区域的气泡在运动过程中与矿浆充分混合,有利于气泡和矿粒间的接触、碰撞和黏附,气泡矿 化效果提高,进而可以提高浮选生产效率。     

浆态床反应器压力信号混沌分析及预测

运用混沌分析的方法对浆态床反应器压力信号进行了分析,结果表明,浆态床反应器在不同操作条件下都具有混沌性,并且当固含率为20％时反应器中混沌性较强,而在15％和30％固含率时反应器中混沌性较弱,在操作气速较低（1～2 cm/s）和较高（8～10 cm/s）的情况下,床层轴向上各处混沌性较为均匀;气速在4～6 cm/s下,床层轴向上各处混沌性相差较大,床层中部混沌性最为显著.采用了基于最大Lyapunov指数的预测法对压力时间序列进行逐步预测,预测值与实测值符合的很好,误差基本上在1％以内.     

气固流化床中气泡的行为及其对分选过程的作用机理研究

介绍了流化床选煤的基本特性和分选原理，从气固两相流的相互运动和作用入手，研究选煤流化床中气泡的行为及其分选过程的影响，通过实验研究得出选煤充化床气速的操作范围，建立了煤炭在流化床的分选模型。     

煤泥干粉在流化床中燃烧特性的实验研究

为了探索煤泥燃烧利用的新途径,首先研究了煤泥干粉的燃烧动力学,然后在高2 000 mm、内径100 mm实验室规模的流化床中系统研究了其燃烧特性。结果表明,煤泥干粉燃烧为一级反应。在床温900 ℃、床料为40目石英砂的条件下,当u/umf＞6,即操作气速过高时,由于煤泥干粉粒径较细,煤泥在床内停留时间较短,燃烧不充分,炉内轴向温度与烟气中CO,SO2,NOx等污染物浓度波动大;当u/umf＜2时,由于气速过低,流化质量差,密相区物料出现沉积,导致炉内煤粉出现“爆燃”;在u/umf为2~6之间,随着流化气速增加,CO,SO2,NOx等烟气组分均明显增加。当以相同Ca/S摩尔比加入石灰石后,随流化气速降低,气体停留时间增加,SO2和石灰石的气固接触改善,炉内脱硫效率提高。     

子波分析提取气液两相流中气泡结构的相位平均波形

用IFA300热膜风速仪以高于对应最小湍流时间尺度的分辨率精细测量了环流反应器内不同空间位置的气液两相流瞬时速度信号,用子波分析的能量最大准则辩识气液两相流中气泡结构的尺度.以子波系数的瞬时强度因子和平坦因子作为检测特征,提出检测气液两相流中单个气泡结构的条件采样方法,并测量了单个气泡的平均强度,提取了单个气泡结构的条件相位平均波形,研究了气液两相流中气泡结构运动的动力学过程,以及去除气相前后的湍流多尺度能量分布、平坦因子等统计特征.     

柔性空气室跳汰机膨胀气囊的气体流场动态特征

柔性空气室跳汰机因具备大型化应用的独特优势,逐 渐被业界所关注。气囊是柔性空气室跳汰机的关键部件,气 囊内气体的流动直接影响其膨胀变形,进而对上升水流的推 动力和颗粒脉动分层产生重要影响。为了掌握气囊内气体 流场的动态特征,建立气囊的几何模型,在网格划分和边界 条件设定的基础上,对气囊膨胀变形过程气体流场动态特征 进行了数值模拟研究。结果表明,气囊内气体压力、气体流 速均与静水压力、气囊变形密切相关;随着进气时间增加,径 向气体压力和轴向气体流速逐渐分布均匀,气囊四周壁面气 体流速较低,有助于气囊膨胀的对称变形,为床层水流稳定 脉动提供可靠保障;容积2.5L 的气囊,合适的进气压力和 进气时间分别为30kPa、0.23s。研究结果为气囊分析与设 计及保障柔性气囊安全运行和跳汰床层液位稳定性提供了 理论依据。     

空气重介质流化床分选特性的研究

介绍了影响流化床分选效果的因素,根据5种加重质的起始流化速度,确定适合分选的流化气速,利用示重块进行分选实验,在床内不同气速下分选90 s,分析对比其分配曲线,得出加重质E在气速3.88 cm/s时的E_p=0.08,此时床层密度接近分选密度,均匀性和稳定性较好,分选效果较好。     

加重质选择对气固流态化分选中气泡运动行为的影响研究

气固流态化干法分选技术具有分选精度较高的优势，已成为干法分选技术的研究热点之一，气泡结构的稳定调控是该项技术的核心难题之一。为探索加重质选择对气泡运动行为的影响，选择了不同种类的加重质，分析了不同加重质流化床中气泡的分布特征，基于不同加重质流化过程气泡运动的生长曲线，分析了气泡运动对床层密度波动的影响，并进一步建立了气泡生长预测模型。对比结果表明，该模型具有较高的预测精度，为提高颗粒流化质量，避免气泡兼并对床层密度的影响提供了理论依据。     

浆态鼓泡床内固含率影响因素的研究

在直径为68mm的三相浆态鼓泡床反应器内对空气-水-石英砂系统和空气-液体石蜡-石英砂系统的固含率进行了实验研究，得出了表观气速、气体分布板以及内构件等因素对固含率的影响程度．同时还考查了初始固含率对浆态床的最佳操作气速的影响，初始固含率为1％时，最佳气速在3cm／s左右；初始固含率为5％时，最佳气速在3—5cm／s之间；初始固含率为7％时，最佳气速在7cm／s左右；初始固含率为10％时，最佳气速在7—9cm／s之间．     

煤粉高压密相输送特性的实验研究

煤粉高压密相输送特性是煤粉输送系统设计和运行的基础。在实验装置上实现了背压1.0~4.0MPag,最高煤粉浓度640kg/m~3的煤粉高压密相输送,获得了一种高挥发分烟煤煤粉的输送规律,分析了操作参数和结构参数的影响机制。结果表明,输送压差一定,随着表观气速的减小,开始煤粉浓度缓慢增加而气固速度差迅速减小,然后煤粉浓度迅速增加而气固速度差变化缓慢。两个过程之间的转变在临界气速或者大于临界气速时发生,可能预示着管内流动形态的转变(如水平管中煤粉沉积),而且输送背压越低,煤粉流量越小,这种转变就越明显。在输送总压差一定的条件下,煤粉质量流量随着管径的增大而增大。     

颗粒过滤器除尘效率的实验研究与数学建模

为开发煤热解工艺的高温荒煤气脱尘技术,在错流式固定床颗粒过滤实验平台上测试了表观气速、粉尘浓度、过滤介质粒度和床层厚度等关键参数对除尘器除尘效率的影响。结果表明,粉尘浓度在10.0~96.8 g/m~3范围内增大且颗粒床表层过滤作用显著时,除尘器效率先增大后减小;大粒径瓷球对应的除尘效率较低,但压降降低显著;床层厚度增大,过滤器的除尘效率和压降均增大。过滤器运行初始状态,床层过滤过程属于深层过滤,随粉尘在床层内沉积,迎流面表层过滤作用增强,可直接脱除45.0%~52.0%的粉尘。建立了描述错流式颗粒过滤过程的一维非稳态数学模型,使之可以预测过滤平台在不同操作条件下的净床除尘效率和粉尘沉积率。应用该模型,预测热解气气氛下过滤器(床层厚度0.6 m,填充6 mm瓷球)的净床除尘效率有所下降,为82.94%。     

煤层气井井筒流动状态研究

煤层气井在开采过程中必定经历气液两相流动阶段,气液两相流动的结果,必然导致煤层气藏压力动态发生变化。论文针对生产井井筒气泡段现象进行描述,分析其产生原因,以及如何通过套压、流量、产量等参数变化识别气泡段;适当控制套压对初见气时井筒流动状态以及气泡段的影响;不同套压对井筒流动状态和对气泡段的影响;针对不同生产阶段的井,依其状态优选合理的套压,总结出煤层气井生产过程中,井筒内气液两相的流动规律,定量地研究井筒内气液两相各参数相互之间的影响和变化,以及这些变化对井筒流态稳定性的影响。