摇摆流化床的气固流动特性

采用二维床及D类玻璃珠颗粒,在表观气速U_g=0.267~0.978 m/s、摇摆幅值Θ=5°~15°、摇摆周期T=8~20 s的实验条件下,对摇摆流化床内气固流动过程及气体通过流化床的时均总压降进行了研究,并通过与常规直立床和倾斜床进行对比,分析了床体摇摆对气固流动的影响。结果表明,在平均角速度ω_ave>2(°)/s的条件下,当初始装料量和表观气速相同时,气体通过摇摆流化床的时均总压降低于直立床,高于相同最大倾角时的倾斜床;惯性力所产生的压降在0.15 kPa以下,其对床层压降的影响较小,床体倾斜导致气体向边壁区域聚集是影响摇摆流化床内气固流动特性的主要因素,由此导致床内存在固定床和下行移动床状态的非流化区域,使得处于流化区域的颗粒量减少,同时还降低了流化床层在竖直方向的静压。非流化区域的存在还会造成流化区域的气速高于直立床表观气速,两者表观气速之比为1.04~1.49。     

射流流化床中锥形分布板对流动的影响

给出了具有锥形分布板的射流流化床中浓密气固两相流动的多相流体力学基本方程组. 采用二维正交曲线坐标并生成了数值网格,用改进的IPSA方法求解二维正交曲线坐标中的多相流基本方程组,并编制了大型通用程序,流场可视化使用Tecplot软件. 对于给定的模拟计算,计算结果与实验值吻合. 模拟计算中改变了锥形筛板的角度、射流管的直径、床层高度、分布板开孔率的分布、射流气速、床层表观气速等,通过模拟得到床内的流动图像,考察了射流高度及颗粒循环的影响.     

喷动流化床流动特性数值模拟

为了捕捉喷动流化床中微观层次上的颗粒运动信息,建立了基于CFD的二维非稳态喷动流化床欧拉-欧拉两相流模型。分析了不同流化气速对喷动流化床气固流动特性的影响,即不同工况下的炉内压力降、颗粒浓度、床内空隙率分布、气体速度分布和固体颗粒速度分布。数值模拟研究结果表明:随流化气速的增大,压降和炉内平均空隙率逐渐增大,密相床层高度逐渐增加,沿着轴向方向的气体流量增大,喷动气的射流深度逐渐增加,同时射流半径也逐渐增加。     

振动流化床中流动结构的混沌分析

在内径90mm、静床高800mm的高床层流化床中,用动态压力传感器检测了不同气速条件下普通流化床和振动流化床中沿轴向的压力脉动信号,通过小波变换对信号除噪后,用混沌理论对信号进行了分析.通过关联维数和Kolmogorov熵定量表征振动流化床中的流动结构特征.结果表明:压力脉动信号的关联维数和Kolmogorov熵能够描述振动流化床中的流化状态;振动流化床中床层的流动结构存在两个区,在近分布板区域为射流区,床层主体部分为均匀流化区.     

基于图像法喷动床内空隙率研究

利用图像二值化方法处理图片,并采用Matlab编程实现空隙率的测量,从微观层次分析空隙率对喷动流化床内流动状态的影响。研究了颗粒粒径、喷口数量和表观气速对空隙率分布的影响。结果表明,增大表观气速使床层底部的稀相区增大,床层膨胀高度增加,空隙率也随之增加。增大颗粒粒径会增大最小临界流化速率,所以在其达到流化状态后流化床内颗粒粒径增大,床内喷动区空隙率减小比较明显。在相同条件下,与单喷口相比双喷口在床层底部附近存在合并射流,同时颗粒能到达的高度显著增加,底部两侧停滞区面积减小。结合对空隙率的分析,提出一种新的表征流化床内流化状态的参数(流化指数),可以直观地表示流化床内颗粒的流化状态。     

新型液固循环移动床流动特性的实验研究

在新型液-固循环移动床反应-再生冷模装置中,以水-玻璃珠为液-固体系,对300 mm×3 000 mm的液-固循环移动床再生器内的操作域和流动特性进行了研究.实验结果表明,下料管出口和料位高度的相对位置对床层流动状态有较大影响,当料位高度高于下料管出口高度时,床层流动可以分为局部流化床区和移动床区两个区域.随着表观再生液速的增大,移动床区先后经历了移动床流动和散式流化床流动,移动床流动的操作液速为0～6.5 mm/s,散式流化床流动的操作液速为6.5～20.5 mm/s.随着表观再生液速的增大,移动床层各轴向高度颗粒平均速率均增大;表观再生液速超过一定值后,颗粒平均速率基本不变.在各轴向高度床层上,随着表观再生液速的增大,局部流化床区周向影响区中心夹角不断增大.     

多层流化床床层及溢流管中气固流动特性的模拟

采用多孔介质模型描述两床层间的气体分布板,开发了一种多层流化床典型结构单元的计算流体动力学(CFD)模拟方法,研究了操作气速对多层流化床床层流化状态及其溢流管内颗粒流动特性的影响.结果表明:层间溢流管内颗粒料位具有缓冲作用,使得颗粒进入下床层后被迅速均匀分散,保证了下床层固相均匀性.流化气速增大,下床层进入溢流管的气体...     

快速流化床中颗粒浓度及颗粒速度的径向分布

本文在φ140mm的气固并流下行快速流化床中,研究了颗粒浓度及颗粒速度的径向分布随操作气速、颗粒循环速率以及床层轴向位置的变化规律。并探讨了颗粒质量通量的径向分布及颗粒流动的均匀性,表明在相同操作条件下,下行快速流化床中气固流动远比上行快速流化床均匀。     

床形结构对气固流化床流化质量和气体返混特性的影响

用实验方法比较了一个二维床和一个大型三维床内FCC颗粒流化床在鼓泡域和湍动域内的流化质量和气体返混特性。实验结果表明,床形对A类颗粒气固流化床具有非常大的影响。二维床和三维床的流动和气固混合行为既具有相似性,如床膨胀随气速的变化趋势;也具有很大的差异性,既包括三维床流化质量差、轴向气体扩散系数大等量上的不同,又包括压力脉动、轴向气体扩散系数的变化趋势以及湾流模式等质上的不同。总之,在本研究中,二维床体现的是一种具有强烈壁效应的小型流化床的特征,而三维床则体现的是静床高度具有很大影响的大型流化床的特征。     

用落球法研究气固浓相流化床表观粘度

用落球法对不同参数条件下的气固浓相流化床床层表观粘度进行测量和线性拟合,得到了流化床的床层屈服应力和塑性粘度与各因素的关系;研究了粘度对分选时间的影响,建立了振动流化床分选时间与表观粘度和物料密度之间的数学模型. 结果表明,在同一气速下,随石英砂颗粒粒级及床层高度增大,床层表观粘度整体增大. 在一定的流化气速范围内,石英砂介质粒级为0.25~0.125 mm、床高190 mm时,床层粘度稳定在0.39~0.51 Pa×s. 加入振动后,床层粘度明显下降,频率15 Hz、振幅1 mm时流化效果较好,床层粘度稳定在0.69~0.95 Pa×s.     

二维导流管喷动床离散颗粒动力学模拟

采用离散单元法(DEM)-计算流体力学(CFD)双向耦合数值方法对二维导流管喷动床进行了模拟,颗粒的运动通过DEM模型描述,而气体的运动用Navier-Stokes方程进行求解,气体和固体颗粒之间的相互作用通过曳力形式传递。文中将DEM和边界元方法(BEM)结合起来解决颗粒在具有复杂边界设备内的运动。通过采用BEM+DEM-CFD相结合的方法进行模拟计算,得到了喷动床的最小喷动速度,研究了不同表观气速下床内的流型,得到了二维导流管喷动床的床层压降与表观气速的关系,统计分析了喷射区、环隙区内颗粒的运动速度和相应的空隙率,全面地描述了二维导流管喷动床内的气固流动特征。     

旋流筛板式气固挡板流化床内压力脉动特性

在表观气速Ug=0.04~1.14 m/s时,采用旋流筛板构型的挡板式内构件,通过对比分析旋流筛板式气固挡板流化床与自由床内流动现象、压差脉动标准偏差和压力脉动标准偏差等参数,确定了旋流筛板式气固挡板流化床能有效破碎气泡的流动与操作条件。结果表明,构件下方区域颗粒随表观气速增加而不断转移至构件上方床层,造成构件下方区域密相床层高度持续降低,该区域出现3种流动状态并直接决定构件是否能破碎气泡。当Ug<0.44 m/s时,构件下方区域密相床层料位较高,形成下部为密相床层、上部为密相与大气泡交替通过构件的鼓泡床,此时构件具有抑制气泡生长并破碎气泡的作用,全床压差脉动及压力脉动标准偏差低于相同条件下的自由床;当0.44≤Ug<0.66 m/s时,密相床层料位较低,形成下部为密相床层、上部为单一稀相的湍动床,此时构件不再直接抑制气泡生长或破碎气泡,但构件下方密相床层的存在能降低构件下方及构件上方一定高度内床层的压力脉动强度;当Ug≥0.66 m/s后,密相床层完全消失,形成气体为连续相的稀相流化状态,构件不能破碎气泡、降低床层压力和压差脉动强度。     

微膨胀床渣油加氢处理反应器的研究

为考察微膨胀床渣油加氢处理反应器的气液流动状态、床层膨胀率及反应性能,常温、常压下用模拟油气在冷模实验装置上进行了近似模拟,并采用微膨胀床/固定床中型实验装置处理了中东高硫渣油。结果表明:按返混程度微膨胀床反应器可分为3个区域;大粒径、低堆密度催化剂易膨胀;空塔气速对床层膨胀率影响大于空塔液速;中型实验装置可脱除渣油中80%以上硫和钒以及50%以上镍和残炭,其中微膨胀床脱除率占50%以上。     

喷动流化床流动特性研究

选用密度与尿素相近而粒度不同的三种模拟物料，在内径为１８２ｍｍ的有机玻璃喷动流化床中，对喷动流化床的流体力学行为进行了研究。测定了不同物料最大操作区所对应的静床高及喷动流化气速与床层压降、床层空隙率分布的关系。为喷动流化床尿素造粒热态试验提供了可资借鉴的设计及操作依据     

流化-移动组合床中气固两相流的流体力学与传热特性研究

以不同粒径的玻璃珠为原料进行流化—移动组合床的流体力学和传热特性研究。本文充分利用流化床的高效传热性与移动床的连续操作性,将两者相结合而组成流化-移动组合床。在流化-移动组合床的两种流动状态下,能够实现颗粒分级、化学反应和干燥等过程的连续操作。在传热实验中,分别研究了气速、粒径、床层高度、空气入口温度对传热的影响,并通过正交分析得出组合床的传热经验关联式。     

Geldart A类颗粒节涌床气固流动特性的实验及模拟

针对气固节涌床,在实验基础上,基于欧拉?欧拉双流体模型结合颗粒动力学理论,考虑Geldart A类颗粒聚团对气固间曳力的影响,采用修正后的Gidaspow曳力模型对气固节涌床进行数值模拟。结果表明,通过与实验结果及经验公式进行对比,修正的模型可准确合理地模拟流化床内节涌特性。表观气速0.09 m/s≤Ug≤0.39 m/s时,床层内部压力脉动标准偏差随表观气速增加而增加,流型由鼓泡转变为节涌直至节涌程度最大,床内气固流动主要受轴对称栓运动特性影响,床内压降、床层膨胀比、气栓平均上升速度、最大轴对称栓长度随表观气速增加而增加,最大轴对称栓产生位置随表观气速增加而降低;Ug>0.39 m/s后,床内压力脉动标准偏差随表观气速增加而降低,节涌程度降低至向湍动流态化流型转变,床内气固流动主要受壁面栓运动特性影响,增加表观气速,节涌床内压降变化幅度较小,气栓平均上升速度增加幅度加大,床层膨胀比及最大轴对称栓长度降低,最大轴对称栓产生的位置略有升高。     

二维导流管喷动床的流动特征

带导流管的二维喷动床(2-DSBDP)是传统喷动床的改进型式,矩形床内设置的与床同厚的垂直导流管可以控制固体颗粒的循环速率, 同时使下行区中的气固移动床维持平推流. 本文实验测定了不同表观气速、床层高度、固体颗粒与气体入口尺寸时, 二维导流管喷动床的床压降及相应的空隙率,藉以阐述2-DSBDP的流动特征.     

加压二维鼓泡床气固流动特性的数值模拟

采用欧拉双流体模型模拟了加压下二维鼓泡床内的气固流动特性,结果表明:在相同的表观气速下,加压使气泡体积分数增大,气泡相与乳化相间的分解越发明显,气固两相流动、混合剧烈;同时,床层中上部颗粒轴向速度的径向分布不均匀性增强:中心区颗粒速度增加,近壁区下降;随着操作压力变大,流化床膨胀高度增大,相应地,整体气含率增大,床层下部的颗粒浓度减小,而上部颗粒浓度增加,固含率在轴向上的分布更均匀;床层压力波动主要由两种成分构成:低频率高幅值和低幅值高频率成分.压力脉动强度随床高的增加呈现先增大后迅速减小的趋势;此外,加压下床层压力脉动强度变大,即床压波动更加剧烈;而且加压下颗粒拟温度增大,即颗粒速度脉动增强.     

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。     

基于信息熵分析的喷动流化床流动特性

建立了300 mm×30 mm×2000 mm的喷动流化床煤气化炉冷态实验装置和多通道压力信号采集系统,引入压力波动时间序列的Shannon信息熵分析,讨论了不同喷动气速度和流化气流率下各床层区域的Shannon 信息熵,并结合高分辨率数码CCD相机所记录的流动状态,建立了Shannon信息熵与流型之间的联系.床层不同区域的Shannon 信息熵具有较大的差异,不同流型的Shannon 信息熵区分度较好.在较高的喷动气速度或流化气流率下,喷动流化床气固运动周期特性消失,呈现出明显的混沌特性,表现为床层各区域Shannon信息熵的急剧增长和床内不稳定的流动状态的发生.结果表明,Shannon信息熵分析有助于认识喷动流化床复杂的流型及其转变和床内气固两相流动的混沌动力学特性.