液固流化床内固含率时空分布特性的CFD模拟

采用Brandani等考虑拟平衡状态下颗粒与流体相互作用的双流体模型,通过在商业软件CFX4.4平台上增加用户自定义子程序模拟了高0.5 m、宽0.1 m的二维液固流化床内固含率的时空分布特性。为了保证数值模拟精度、节省计算机运行时间,首先确定了适宜的网格尺度、时间步长和收敛判据。随后,考察了液固两相物性和操作条件对流化床内固含率时空分布特性的影响,模拟结果表明：增大颗粒粒径或密度会使颗粒向下加速运动,导致床层高度下降而垂直方向上任一水平面的平均固含率呈现增大的趋势;减小液体黏度或密度则会使颗粒向下加速运动,导致床层固含率增大;突然增大液速会使颗粒向上加速运动,导致床层固含率减小;升高温度的实质是使液体的黏度和密度均呈现下降的趋势,结果使颗粒向下加速运动,床层固含率增大。上述模拟结果与颗粒受力的理论分析相一致。     

提升管环形截面内气固传热特性的研究

在一套催化剂循环流化装置中,通过一特殊设计的热电偶微调器,测量了提升管中内构件径向位置流体温度分布,并对其进行了研究。实验结果表明,内构件的加入可以在一定程度上提高气固流体的换热能力,在内构件周围可以形成一明显的温度影响区和环形温度稳定区。内构件温度影响区不受内构件散热量的影响,仅随催化剂循环流率、床层密度的增加而减小;环形稳定区也不受内构件散热量的影响,仅随催化剂循环流率、床层密度的增加而增大。     

两段气升式气固环流取热器导流筒壁与床层间的传热特性研究

在一套φ600 mm×7000 mm半圆形的大型有机玻璃两段环流实验装置上,采用FCC催化剂,在导流筒区表观气速0.101～0.670 m/s,环形区表观气速分别为0.049 m/s和0.099 m/s范围内,测定了导流筒壁与颗粒床层之间的传热系数、床层密度和颗粒环流速度的分布规律.结果表明床层密度和颗粒环流速度是影响传热的主要因素,而这两者的变化规律完全由导流筒区和环形区的气速来调控.传热系数随导流筒区气速的增加而增加,适当增加环形区气速能显著改善传热效果.实验结果表明,两段环流取热器比目前工业催化裂化装置使用的外取热器有较高的传热系数.通过理论分析,给出了两段环流取热器的传热系数关联式.     

气固移动流化床干燥器流化与传热特性研究

以不同粒径的分子筛颗粒与炼焦煤颗粒为原料分别在气固移动流化床干燥器内进行了双组分颗粒分级流化行为特性与气固间传热特性的实验研究。考察操作气速、颗粒直径与不同粒径配比的变化以及搅拌转速对床层阻力的影响,并对流化状态加以描述分析,研究了干燥器气固间传热特性,得出了相应的表面传热系数关联式,计算值与实验值的误差小于15％。     

烧结矿余热回收竖罐内气固传热特性

以自制气固传热实验装置为操作平台,实验研究了烧结矿颗粒填充床内的气固传热特性。结果表明:气体表观流速和烧结矿颗粒直径是影响颗粒床层内气固传热过程的主要因素。气体表观流速越大,颗粒直径越小,床层内气固传热系数就越大。当烧结矿颗粒直径和气体表观流速一定时,床层内烧结矿颗粒温度的升高导致床层气固传热系数的增加和传热Nusselt数的减小。由于计算误差较大,现有的经验关联式不适用于求解烧结矿颗粒床层内的气固传热过程。基于量纲分析法,并结合实验测量数据拟合得出了能够描述烧结矿颗粒床层内气固传热特性的实验关联式,平均计算误差为4.22%,显示了良好的预测性能。     

烧结床层的热质分析

基于烧结生产的复杂物理化学过程,建立了烧结床层传热、传质和流动的二维非稳态数学模型,考虑了孔隙率、物料颗粒当量直径等床层结构影响参数的变化,并对气固传热系数进行了修正。通过数值计算,获得了烧结床层的温度场、结构变化和烟气的流场、温度场、浓度场等。烟气出口温度、床层总压降与生产实测值吻合较好,验证了数学模型的正确性。进一步分析了燃料配比、风量和给料温度等操作参数对烧结过程的影响。研究结果表明：燃烧带的厚度、最高温度随着烧结过程的进行而逐渐增加。床层孔隙率、颗粒当量直径的变化主要发生在燃烧带的熔融、冷凝阶段。料层压损最大的是燃烧熔融层,其次是混合料带,最小的是烧结矿层。增加焦粉含量、提高烧结混合料的初温,有利于提高成矿质量;风量过大时,会造成成矿质量下降、生产成本提高。     

窄筛分颗粒气固流态化特性数值模拟研究

为更好地指导工业生产,了解不同粒径颗粒在气固流化床中的状态以及流化床中颗粒分布情况,针对气固流化床中窄筛分颗粒流态化特性进行数值模拟研究。通过流场模拟软件分析在相同流化床中不同粒径段的颗粒(46～80、106～113、185～221μm)和不同流化床进气速度条件下所能达到的体积分数和流化床层高度以及达到这一指标所需时间,并采用欧拉-欧拉模型和SIMPLE算法计算不同气速条件下的颗粒体积分数、速度分布。结果表明,在相同气速条件下,颗粒粒径增大,导致流化床内颗粒体积分数最高点与最低点的差距变大,颗粒分布不均匀性增加,同时床层整体高度下降,床层内颗粒密度上升,颗粒体积分数下降,流化效果降低;相同颗粒粒径情况下,增加气速可降低流化床内部颗粒的体积分数,增加气体与固体颗粒的接触面积,增强流化效果,但减少了流化床内部颗粒速度矢量分布达到均匀的时间,颗粒分布不均匀性更加明显。     

气液固三相流化床层膨胀特性实验分析

为分析气液固三相流化床床层特性,选用两种粒径接近、密度不同的颗粒:塑料颗粒(湿堆积密度1 273 kg/m~3,平均直径750μm)和陶粒(湿堆积密度1 680 kg/m~3,平均直径800μm),以常温空气为气相、水为液相。实验装置内径0.13 m,全床高度4.75 m,实验液柱高度3.5 m,床内颗粒有足够的膨胀高度。分别测试了液速0—13 mm/s,气速0—12 mm/s条件下的床层高度,研究气液速对塑料颗粒和陶粒床层膨胀率的影响。研究结果显示液速较低时床层收缩,随着气速增加,收缩率增大;液速较高时,膨胀率大于0,随着表观气速的增加,膨胀率先降低,表观气速大于临界值后,膨胀率将增大;除高气速外,床层膨胀率总是随着液速的升高而增大。相同气速、液速条件下,大密度陶粒的床层膨胀(收缩)率大于塑料颗粒。     

平均粒径对气-固流态化特性的影响

运用一种新型的隔离稀相床层塌落技术,研究了3种不同平均粒径的FCC催化剂流化床层的塌落特性和高表观操作气速条件下床层的乳相结构。实验采用摄像技术,记录了细颗粒床层的塌落过程,获得了床层料面的塌落曲线。考察了颗粒流化床层的乳相和泡相特性,并进一步分析了平均粒径对颗粒床层塌落性质的影响。实验结果表明:在操作气速较高的条件下,在所选用的粒径范围内,平均粒径为30μm左右的FCC催化剂颗粒的塌落时间最长,乳相密度最小,泡相体积分率亦明显高于较粗颗粒的对应值。这些结果表明平均粒径为30μm左右的FCC催化剂颗粒具有比较独特的流化性能。     

平均粒径对气-固流态化特性的影响

运用一种新型的隔离稀相床层塌落技术,研究了3种不同平均粒径的FCC催化剂流化床层的塌落特性和高表观操作气速条件下床层的乳相结构。实验采用摄像技术,记录了细颗粒床层的塌落过程,获得了床层料面的塌落曲线。考察了颗粒流化床层的乳相和泡相特性,并进一步分析了平均粒径对颗粒床层塌落性质的影响。实验结果表明:在操作气速较高的条件下,在所选用的粒径范围内,平均粒径为30μm左右的FCC催化剂颗粒的塌落时间最长,乳相密度最小,泡相体积分率亦明显高于较粗颗粒的对应值。这些结果表明平均粒径为30μm左右的FCC催化剂颗粒具有比较独特的流化性能。     

Heat Transfer between Immersed Horizontal Tubes and Aerated Vibrated Fluidized Beds

Heat transfer coeffients between an immersed horizontal tube and an aerated vibrated fluldlzed bed are measured. There is a maximum value in the h-Г experlmental curve. The heat trander coefllcient increases with decreases in particle diameter in the fully fluidized region. The particle density has less effect on the heat transfer coetftclents. High smplltude and low frequency, or low amplitude and high frequency are favorable to heat transit. Exceedingly high gas veloclty is unfavorable to the surface-bed heat transfer. A model based on the ‘pocket‘ theory was proposed for predicting the surface-to-bed heat trausfer coefllclents in fully fluldlzed region. The predlctlons from the model were compared with observed data The reasonable fit suggests the adequacy of the model.     

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。     

带浸没管的惰性粒子振动流化床传热特性

采用带浸没加热管的惰性粒子振动流化床对膏状物料干燥进行了实验研究。考察了加料速率、进气温度、进气速度、加热管功率、振动强度等参数对床温和体积传热系数的影响,得出了计算体积传热系数的关联式。结果表明,在流化床中增设振动和浸没加热管装置,能大大强化传热传质,体积传热系数随加料量、振动强度、加热管功率、进风速度的增加而增大,随进气温度的增加而减小。其结果对惰性粒子流化床干燥器的设计和改进具有重要的指导意义。     

液固磁稳定床中的传热与传质特性研究

以电化学方法测定了SRNA-4催化剂为固相的液固磁稳定床中的液固传质系数,采用浸没的微型传热探头测量了液固传热系数。实验结果表明：随磁场强度、液体黏度的增大,液固传质系数及传热系数减小;增加表观液速,传质系数、传热系数均增大。进而建立了由物性参数及操作参数估算液固传质Sherwood数及液固传热Nusselt数的关联式,实验值与预测值吻合良好,可为磁稳定床反应器的放大设计和操作优化提供一定的依据。     

振动流化床与浸没水平管间局部传热系数的测试方法

本文提出了振动流化床中测试水平加热管局部传热系数的新方法。该法考虑了管体温度场的非均匀性对测量结果的影响。根据管体的材质和结构。扣除了由于分布引起热损失。从而采用较简单的测试手段就能够获得较准确的局部传热系数数据。将本所所得测试结果与其他研究者的测试结果作了比较。并上局部热系数求得的平均传热系数和实测的平均传热作了比较。结果表明,本文提出的测试方法可靠。     

流化床内自由移动石墨球表面的传热系数

密相区内自由移动的煤颗粒表面传热系数是循环流化床锅炉设计和运行的重要参数。利用石墨球模拟煤颗粒,在小型流化床实验台上对由粒度较小的石英砂颗粒组成的密相区内自由移动的石墨球表面传热系数进行了测量。测量结果显示,随着流化风速的增加,石墨球表面传热系数首先升高,当流化风速达到某一临界值时,继续增大流化风速,传热系数将保持不变,从传热的角度证明了流化床内煤颗粒基本停留在乳化相内。在多数情况下,石墨球表面传热系数随床料粒度的增大而减小。而在较低流化风速的情况下,随着床料粒度的增大,石墨球表面传热系数呈先下降后升高的趋势。当流化风速和床料粒径保持不变时,石墨球表面传热系数随着石墨球直径的增大而减小,且下降的趋势随石墨球直径的增大而减弱。而随着床层高度的增加,石墨球表面传热系数将会略有 升高。     

错流旋转填料床的质、热同传性能及传热机理研究

为了研究错流旋转填料床的质、热同传性能,采用热空气-氨水体系,考察了进气温度T、超重力因子β、液体喷淋密度q和气速u对错流旋转填料床传热性能的影响,在相同实验条件下对比了丝网填料和乱堆填料的传热性能。研究结果表明：气相体积传质系数k_ya_e、体积传热系数(Ua)_s随进气温度、超重力因子、气速、液体喷淋密度的增大而增大;传热效率ε、传热面积A随超重力因子、气速、液体喷淋密度的增大而增大;传热系数K随超重力因子、气速、液体喷淋密度的增大几乎不变,从而揭示了错流旋转填料床强化气液直接传热的机理是通过提高传热面积进而提高体积传热系数,而不是显著提高传热系数。在相同条件下,以丝网为填料时k_ya_e和(Ua)_s分别是乱堆填料的1.09~1.63倍和1.24~3.53倍。     

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。     

SUBLIMATION OF PURE SUBSTANCES IN GAS FLUIDIZED BEDS AT ATMOSHPERIC PRESSURE.

This paper deals with the sublimation of large bodies, or “objects”, made up from a pure substance in a bubbling gas fluidized bed of considerably smaller particles, or “fines”. The influence of such parameters as the gas velocity, the bed temperature, the size and the adsorption capacity of the fines has been investigated.

The results obtained clearly show that the rate of sublimation in fluidized beds is far higher than in air alone. It increases with increasing bed temperature, decreasing particle size, increasing powder mass capacity, and roughly varies as a parabolic function of time. It has also been observed that the temperature difference between the bed and the object surface, or “temperature depression”, depends on the fines characteristics as well as on bed temperature, but is independent of gas velocity when good solid mixing conditions are achieved.

Bed-to-object heat and mass transfer coefficients have been deduced from data points and attempts have been made to provide a reasonable theory to account for them. After a complete examination, the idea of interpreting transport phenomena based on a well-adapted “surface renewal model” has been proposed.     

方形微通道内超临界CO2流动换热特性研究

采用SST k-ω湍流模型对加热条件下超临界CO₂在方形微通道内的流动换热特性进行了数值模拟。通过对比三种壁面平均传热系数、浮升力参数和二次流强度的沿程变化研究了管型、热通量、质量流量和倾斜角度对微通道内流动换热性能的影响。结果表明：水平方形微通道的整体换热性能优于相同水力直径的半圆形微通道。流体域典型截面的温度分布、速度分布和湍动能分布等信息可以很好地解释水平方向流动时上、下壁面传热差异的现象。减小热通量、增大质量流量或减小流体流动方向与重力方向之间的夹角,可提高方形微通道的整体换热水平。该模拟结果对以超临界CO₂为工质的微通道换热器的设计和优化具有一定的理论指导意义。