下行气固两相流充分发展段的颗粒浓度

在较宽的操作条件范围内采用光纤颗粒浓度探头测定了下行管(φ100 mm×9.5 m)充分发展段内的真实颗粒浓度,并结合文献上的大量实验数据,系统研究了操作条件、颗粒直径和床层直径对下行气固两相流充分发展段内真实颗粒浓度的影响.结果表明,当操作气速一定时,充分发展段内的颗粒浓度随着颗粒循环速率的增大而线性增加.颗粒直径对下行床充分发展段内颗粒浓度的影响随操作气速的增加而逐渐减弱.床层直径对下行床充分发展段内的颗粒浓度基本上没有影响.所提出的预测关联式能很好地拟合本文及文献上的实验数据.     

循环流化床下行管内气固两相流流体力学模型与数值模拟

从流体力学和湍流理论出发，将ｋ－ε模型运用到气固两相流动体系中，建立了气固两相湍流模型。模型计算得出的轴径向颗粒浓度及速度与实测值相吻合，为下行管的设计放大提供了理论依据。     

上行气固两相流充分发展段的颗粒浓度

在Ф100mm× 16m循环床提升管实验装置上测试了134组操作条件下提升管 12个截面位置的平均颗粒浓度 ,其中 113组操作条件下提升管中的气固两相流展现出明确的充分发展段 .结果表明 ,充分发展段的颗粒浓度εs 随颗粒循环量G_s 的增加而增大且具有显著的线性关系 ,ε_s 随表观气速U_g 的增加以幂函数关系减小 .所提出的实验关联式不仅较好地拟合了本文所获得的充分发展段的平均颗粒浓度数据 ,而且诠释了以往有关提升管稀相段出口颗粒浓度预测结果之间的差异 ,更明确地反映了充分发展段颗粒浓度与操作参数之间的定量关系     

上行气固两相流充分发展段颗粒浓度关联及预测

在高度分别为15.1m和10.5m的两套实验装置上,对快速流态化到稀相气力输送流型下提升管内的轴向压力梯度进行了系统测试,以研究提升管充分发展段内不同颗粒的浓度变化及其与操作参数的关系。实验在其中175组操作条件下展现出明显的充分发展段(>2.8m)。结果表明,表观气速在3~8m?s-1之间变化时,对充分发展段颗粒浓度随终端颗粒浓度的变化关系影响显著,但当表观气速>8m?s?1或<3m?s?1时,其对充分发展段颗粒浓度随终端颗粒浓度线性增加的关系影响极弱;在此基础上提出的预测关联式更明确地反映了操作条件等因素对充分发展段颗粒浓度的定量影响关系,其计算结果与本实验和相关文献的实验数据吻合良好。     

负压差立管内的气固两相流

在φ800 mm×12000 mm流化床实验装置上对150 mm×11500 mm负压差立管内气固两相流的轴向压力、空隙率和气体流动特性进行了测量和分析.立管出口无约束淹没在密相流化床内,颗粒质量流率范围G_s<1200 kg&#8226;m^-2&#8226;s^-1.立管内气固两相流态有两种存在形式,当颗粒质量流率G_s<200～250 kg&#8226;m^-2&#8226;s^-1时,流态是稀密两相共存形式;当G_s>200～250 kg&#8226;m^-2&#8226;s^-1时,流态是浓相输送流态.两种流态之间可以相互转换,主要取决于颗粒质量流率的变化.影响立管内气固两相流的轴向压力、空隙率分布、气相的流动特性和气固流态存在形式的主要参数是颗粒质量流率G_s、旋风分离器入口速度V_i、下端流化床流化速度u_f,质量流率G_s是主要的影响因素.     

基于气固两相流的双循环流化床提升管压降模型的预测和实验研究

为研究提升管颗粒循环流率对提升管压降的影响,搭建双循环流化床冷态实验系统,采用差压变送器进行提升管轴向区域压降的实验研究。基于提升管不同的颗粒速度计算方法,充分考虑加速区和充分发展区的不同压降机理,建立加速区、充分发展区和整个提升管压降模型,与实验结果比较发现：加速区颗粒速度采用滑移系数方法所得压降与实验值较吻合,在充分发展区进行压降计算时颗粒速度采用滑移速度等于终端速度计算所得结果较精确;在提升管压降计算时可综合考虑加速区和充分发展区适用的压降模型进行计算,可为实际生产运行中采用压差法进行提升管轴向颗粒浓度的分布提供一定参考,为提升管压降的在线监测提供指导。     

负压差立管内气固两相流的流态特性及分析

对于出口插入密相床的立管，管内气固两相的流动特点是下行的颗粒速度大于气体速度和颗粒的逆压差流动，颗粒下行是一个减速运动过程. 管内的气固两相流的流态有两种形式，当GsGsc时，流态是浓相输送流态，气流下行. 两种流态可以互相转变，主要取决于颗粒质量流率的大小. 负压差立管的流态变化与气固两相之间滑落速度和轴向压力的变化密切相关，滑落速度随颗粒质量流率的增加逐渐减小，而轴向压力则逐渐增大以平衡立管的负压差.     

上行气固两相流充分发展段流动行为的相似特性

在10.5 m高气固循环流化床实验装置上,在对提升管内的轴向压力梯度和局部颗粒浓度进行实验测试的基础上,结合部分文献上的实验数据,研究了上行气固两相流充分发展段在不同操作条件下气固两相流动行为的相似特性.结果表明,所提出的经验相似准则能表征上行气固两相流充分发展段在不同操作条件下流动行为的相似性,并且该经验相似准则独立于实验装置系统.对于同一上行气固两相流系统,只要操作参数按该相似准则同步变化,气固两相流在充分发展段就具有相似的宏观和微观流动行为.     

气固两相流中局部颗粒质量流率的测量新方法

Previous works have shown that the suction probe cannot be used to accurately measure the upward and downward particle fluxes independently. A new method using a single optical probe to measure the local solid flux is presented. The measurement of upward, downward and net solid fluxes was carried out in a cold model circulating fluidized bed (CFB) unit. The result shows that the profile of the net solid flux is in good agreement with the previous experimental data measured with a suction probe. The comparison between the average solid flux determined with the optical measuring system and the external solid flux was made, and the maximum deviationturned out to be 22%, with the average error being about 6.9%. These confirm that the optical fiber system can be successfully used to measure the upward, downward and net solid fluxes simultaneously by correctly processing the sampling signals obtained from the optical measuring system.     

提升管中气固两相流动行为的相似特性

在15.1 m高循环流化床实验装置上对提升管内的轴向压力梯度、局部颗粒浓度和颗粒速度进行了较系统的实验测试,研究了提升管中气固两相流充分发展段在不同操作条件下流动行为的相似特性.结果表明,在(G_s /ρ_p)^1.2/U^2.0_g相近的操作条件下,上行气固两相流充分发展段的颗粒浓度、下降颗粒时均速度、絮状物颗粒浓度和出现频率在空间的分布特征基本相同.对于同一提升管内的同一气固两相流系统,只要表观气速和颗粒循环速率按(G_s /ρ_p)^1.2/U^2.0_g同步变化,不同操作条件下的上行气固两相流在充分发展段就具有相似的宏观和微观流动行为.     

气固循环床提升管内的局部颗粒浓度及流动发展

采用反射式光纤浓度探头对f100mm×15.1m循环床提升管8个轴向截面上11个径向位置的局部颗粒浓度进行了测量, 分析研究了颗粒浓度径向分布的不均匀性及其沿轴向的发展变化。结果表明:提升管内气固两相流的发展并不同步,而是一个由核心区向边壁区逐渐扩展,并最终达到总体充分发展的过程,该过程主要受边壁区发展过程所控制;相对于核心区,边壁区的发展不仅显著缓慢,而且受操作条件的影响也较显著。实验还发现:在颗粒加速段,无因次颗粒浓度的径向分布不具有相似性,不仅与径向位置有关,而且还与床层截面高度有关。     

气固循环流化床全回路数值模拟研究进展

气固循环流化床具有良好的混合、传热、传质、反应特性,同时还具有处理量大、可连续生产等优点,在众多领域均有广泛应用。气固循环流化床是一个由多个单元连接组合形成的循环回路,各单元间相互耦合、相互影响。对整个循环流化床系统进行全回路数值模拟,不仅能够获得更全面和详实的结果,而且在揭示系统流动规律和探究各单元内、单元间、单元与系统间的相互作用上具有独特优势。近十年来,以气固循环流化床全系统为模拟对象的全回路数值模拟研究逐渐兴起。本文对气固循环流化床全回路数值模拟方法的研究进展进行综述,对该方法的应用情况进行详细介绍,并对方法中采用的模型及相应特点进行逐一分析。循环流化床全回路系统同时存在多种流态,有待于建立适用于全回路系统的多流态物理模型（气固曳力模型与固相应力模型）。随着计算能力的提高以及物理建模的不断发展,全回路模拟方法将不断完善并发挥出更大的作用。     

Effects of the gas/solids distributor on the local and overall solids distribution in a downer reactor

In the last few years, the downer has been proposed as a new reactor for gas/solids reactions. Compared to state-of-the-art riser reactors, the cocurrent downflow of gas and solids should lead to a more uniform flow structure, close to plug flow. Experimental studies showed, that the gas/solids distributor at the top of the reactor is significantly influencing the flow pattern in a downer reactor. Local information about the solids concentration is indispensable for a thorough characterization of the flow structure in gas/solids flows. To obtain this information, x-ray computed tomography has been used for the experimental investigations.     

Bed-to-wall heat transfer in a downer reactor

The effects of superficial gas velocity (0.5 to 4.5 m/s), solid circulating rate (0 to 40 kg/m²·s), suspension density (0 to 19 kg/m³) and particle sizes (83, 103, 163, 236 μm) on the bed-to-wall heat transfer coefficient have been determined in a downer reactor (0.1 m I. D. × 3.5 m high). Bed-to-wall heat transfer coefficient increases with increasing suspension density. The heat transfer coefficient by gas convection played a significant role, especially at lower solid circulation rates or suspension densities and larger particle sizes. At a given particle suspension density in the downer reactor, the heat transfer coefficient increases with decreasing particle size. A model is proposed to predict the bed-to-wall heat transfer coefficient in a downer reactor.     

Fundamental studies on the hydrodynamics and mixing of gas and solid in a downer reactor

The effect of flow direction on hydrodynamics and mixing in the upflow and downflowcirculating fluidized beds is discussed in details.Similar profiles of gas and solids velocities andsolids concentration are found in both risers and downers.When the flow is in the direction ofgravity(downer),the radial profiles of gas and particle velocity are more uniform than that inthe riser,the solids mixing is very small and the flow pattern approaches plug flow,while theflow is against gravity(riser),the solids backmixing significantly increase and the flow pattern isfar from plug flow.Among many of factors the flow direction has the largest influence onhydrodynamics and axial mixing of gas and solids.