提升管气固两相流中颗粒速度的实验研究

用新型 5 -光纤速度探头对 16m高循环床提升管 8个截面上的颗粒速度进行了直接测量。结果表明 :沿提升管轴向 ,颗粒速度径向分布不均匀性逐渐增加 ,并最终趋于较为稳定的抛物线分布 ;通常认为近壁区颗粒速度Vp <0的情形 ,只能在离开提升管底部一定距离且在Gs相对较高或Ug 相对较低的操作条件下才会出现。表观气速Ug 对颗粒速度的影响明显大于颗粒循环量Gs的影响 ,Ug提高 ,提升管内颗粒速度都将显著增加 ;提高Gs将使颗粒速度降低 ,但对提升管充分发展段中心区影响较小。     

循环床气固提升管中颗粒浓度的轴向分布

以16m循环床提升管中气固两相流压力梯度的大量实验数据为基础,从能量耗散的观点分析研究了平均颗粒浓度的轴向分布特征及其操作条件的影响,并与相同条件下6m高提升管中颗粒浓度的轴向分布进行了对比。结果表明,加颗粒循环量Gs或减小表观气速Ug时,由于单位质量颗粒加速和输送的能量减少,提升管各高度位置的颗粒浓度εs增大,颗粒浓度的轴向分布亦更不均匀;提升管高度对平均颗粒浓度及其轴向分布具有显著影响,提升管高度增加,提升管各高度截面上的平均颗粒浓度减小,颗粒浓度的轴向分布也更加均匀,给定表现气速对应的颗粒饱和夹带量也将提高。     

流化床射流区域颗粒浓度分布的实验研究

为了掌握操作条件对流化床射流区域颗粒浓度分布的影响,应用光纤颗粒浓度测量系统,对直径为1 m的半圆射流流化床射流区域颗粒浓度分布进行了考察,以聚苯乙烯颗粒为物料研究了不同操作状况(环管气速,射流气速和分布板气速)对流化床射流区域时均颗粒浓度分布的影响,分析了不同操作工况下颗粒浓度分布变化的规律.结果表明:在3种气速共同作用下射流区域颗粒浓度在径向上逐渐增大,在轴向上随着气泡的逐渐增大到崩塌其颗粒时均浓度逐渐降低.由于射流气速增加导致射流深度增加,继而固体颗粒的循环速率增大,射流区颗粒的体积浓度随射流气速的增加先降低后增大.随着分布板气速的增加射流区域时均颗粒浓度增大,环管气速增加其射流区颗粒浓度逐渐降低.     

方形气固流化床从鼓泡到湍动流型转变的实验研究

在368mm×368 mm方形气固床中对FCC颗粒进行流态化实验,研究了从鼓泡到湍动的流型转变行为及相关问题.实验测试了多个床层截面的压差波动,由波动标准差随表观气速变化的最大值获得了流型转变速度Uc.结果表明,方形床中的流态化平均行为在床层截面纵横两个方向一致,沿床层轴向呈现不均匀性,底部存在颗粒密相区;不同床层截面转变速度Uc不同,由床层上部向下扩展,Uc呈线性增加关系,说明流型转变至上而下进行;静床高度对Uc影响显著,静床高度增加,床层轴向各截面Uc相应增加;以上结果表明了目前仅与气固物性参数相关联的Uc预测模型有待改进.     

上行气固两相流充分发展段的摩擦压降

为确定气固提升管充分发展段的摩擦压降及其对颗粒浓度测试的影响,提出了充分发展段内气固两相流与管壁间摩擦压力降的计算模型,由此获得充分发展段内真实颗粒浓度的计算公式;同时在两套提升管实验装置上对压力梯度分布和局部颗粒浓度进行了系统测试和对比分析。结果表明,用压差法测试颗粒浓度时摩擦的影响不可忽略,尤其是在气速较高(Ug＞8 m/s）时,表观浓度比实际浓度高出30%～50%;采用建立的模型对表观浓度进行修正,获得的预测值与实际颗粒浓度吻合良好。     

上行气固两相流充分发展段的摩擦压降及颗粒浓度预测

为确定气固提升管充分发展段的摩擦压降及其对颗粒浓度测试的影响,提出了充分发展段内气固两相流与管壁间摩擦压力降的计算模型,由此获得充分发展段内真实颗粒浓度的计算公式;同时在两套提升管实验装置上对压力梯度分布和局部颗粒浓度进行了系统测试和对比分析.结果表明,用压差法测试颗粒浓度时摩擦的影响不可忽略,尤其是在气速较高(Ug＞8 m/s)时,表观浓度比实际浓度高出30%～50%;采用建立的模型对表观浓度进行修正,获得的预测值与实际颗粒浓度吻合良好.     

内循环流化床颗粒循环速率实验研究

采用热颗粒示踪和信号相关法对气固内循环流化床的颗粒循环速率进行实验研究.考察操作气速、提升管下部孔径和提升管高度对于颗粒循环速率的影响.结果表明：在所考察的实验条件下,颗粒循环速率在15～70,kg/（m2.s）之间变化.操作气速增大时,颗粒流化程度增强,颗粒循环速率增加;提升管下部开孔数目不变而孔径增加时,颗粒循环阻力减小,颗粒循环速率明显增加;提升管高度由235,mm增加到295,mm时,颗粒循环速率呈现先升后降趋势,在提升管高度为265,mm时存在极大值.     

鼓泡流化床内颗粒速度分布的研究

在内径0.185m 的鼓泡床内,采用PV-5A型速度仪考察不同表观气速下两种粒径GeldartB类物料 (玻璃微珠)在不同轴向位置颗粒速度径向分布规律。结果表明,在床层底部颗粒速度分布与分布器设计密切相关, 而远离分布器的上部区颗粒速度主要受气泡行为影响,表现为中心区域大而边壁附近小,且随着表观气速的增大这 种趋势变的更加明显;同时在这两个区域之间存在一个过渡区,该区域内分布器的影响明显减弱,导致颗粒速度的 径向分布逐渐趋于一定的规律;而在相同轴向位置处颗粒速度变化幅值的影响会随着表观气速的增大变得剧烈。     

浆态床低压甲醇合成反应器的数模分析与设计（Ⅰ）—催化剂颗粒床层轴向分布

本文对热模条件下的浆态床低压甲醇合成反应器进行了数模分析,通过模拟计算,重点讨论了温度,表观气速,颗粒直径,床层高度,催化剂浓度等主要参数与反应器内催化剂颗粒轴向分布的相互关系以及颗粒轴向分布对甲醇合成过程的影响,模拟结果表明,颗粒直径,床层高度,催化剂浓度对催化剂的轴向分布影响较为显著,改善催化剂的轴向分布可明显提高甲醇合成速率。     

气-液-固三相流化床气体分布器区局部相含率和床层膨胀比的实验研究

在内径150 mm,高4 350 mm的三相流化床中,分别以空气、水和0.48 mm、1.25mm的玻璃珠及1.45 mm的苯乙烯树脂为气相、液相和固相,应用开发的微电导探针测试技术同时测得三相局部含率,并对气体分布器区的局部相含率和床层膨胀比(H/H0)进行了实验研究,考察了固体颗粒的粒径、密度及表观液速和气速对床层膨胀比的影响。研究发现,在距气体分布器轴向一定距离范围内,三相局部含率的径向分布存在明显的不对称分布;随着轴向距离的增加,局部气含率的径向不对称分布逐渐消失,局部固含率的径向不对称分布变化不明显;床层膨胀比随表观气速和液速的增大而增大;较低密度颗粒系统的H/H0开始增加缓慢,后来增加很快;较高密度颗粒系统的H/H0开始迅速增加,后来增加缓慢。     

空气-SRNA-4催化剂磁流化床动力学研究

在内径和高分别为140mm和1600 mm气固磁流化床反应器内,分别以空气和SRNA-4催化剂(平均粒径50μm)为气相和固相,采用不同外加磁场强度对磁流化床动力学进行了研究。应用计算流体力学软件FLUENT 6.2对磁流化床内局部固含率和床层压降进行了模拟计算。模拟结果显示:无磁场作用时,随表观气速增加,床层界面变化剧烈,床内局部固含率的分布极不均匀,床层压降升高。随着磁场强度增加,气泡的数目和尺寸减小,床中局部固含率增大,且分布变得较均匀,床层压降呈现下降趋势。模拟结果与实验数据吻合良好。     

大颗粒流化床动力学相似性研究

为获得大颗粒流化床放大的理论依据及工业大颗粒流化床内部的动力学信息,在前人的相似性研究基础上,以两相流理论为基础对已有流化床动力学相似条件进行简化,获得了大颗粒流化床的动力学相似条件,该相似条件包含6个无量纲参数,即傅鲁德数、表观风速与临界流化风速的比值、静床高和床径的比值、固气密度比、颗粒球形度和颗粒粒径分布参数.经实验验证该相似条件是正确的,可以用于指导大颗粒流化床模型的放大.     

鼓泡流化床流动特性的直接颗粒模拟

为了考察流化床中颗粒和气泡运动的基本规律，对两维鼓泡流化床进行了数值模拟.在假设气相为无黏不可压的条件下，求解了体积平均后的欧拉方程，并利用离散单元法（DEM）模拟了颗粒间的碰撞及颗粒与壁面间的碰撞过程.模拟中跟踪了约90 000个颗粒，统计了不同床高截面上颗粒及气体纵向平均速度的分布，并对不同表观空气风速和床高下床内压降以及压力波动进行了研究.结果表明，DEM方法能很好地模拟鼓泡床内的流动特性.在床内较低截面上，颗粒及气体的平均速度沿水平方向呈现两个峰，而在较高截面上合并为一个峰.且表观风速越大，气泡运动速度越高.     

多孔球三相流化床流动特性研究

对多孔球为团相的三相流化床流动特性进行初步研究．讨论气体空塔流速、液体喷淋密度、填料静止高度等因素时多孔球作团相的三相流化床流动特性的影响．根据实验数据，用微机回归得最小流化速度、床层压降、床层膨胀高度的计算公式．并和空心圆球为团相的三相流化床流动特性作了比较．     

气-固环隙流化床纳米TiO_2聚团的流化特性

在高640 mm,内外径分别为140 mm和180 mm的环隙流化床反应器内,选用平均粒径为20～30 nm的TiO2催化剂P25进行冷态流化实验。运用预测颗粒粒径模型,应用计算流体力学软件FLUENT 6.2对流化床内床层局部固含率和压降进行了模拟计算。模拟结果显示:气体进入分布板之后呈螺旋状上升;环隙流化床内径向局部固含率分布呈现W形状,而且局部固含率随着床层高度的增高而增大。模拟结果与实验数据基本一致,说明纳米TiO2催化剂颗粒在环隙流化床中以微米级的聚团形式流化。     

气固循环流化床碳化室局部CO_2摩尔分数的研究

在内径0.1 m,高1.0 m的碳化室(浓相区)和高3.0 m上升段的气固循环流化床反应器内,分别以混合气(空气85%(体积分数)和CO215%(体积分数))和CaO颗粒(平均粒径0.85 mm)为气相和固相,采用不同温度、表观气速和CaO颗粒循环速度,对碳化室不同高度及出口局部CO2摩尔分数进行了系统研究。应用计算流体力学(CFD)软件Fluent 6.2对碳化室不同高度及出口局部CO2摩尔分数进行了模拟计算。在模拟计算过程中,通过自编C语言程序,将CaO与CO2反应的动力学模型与Fluent 6.2中的传统模型结合。模拟结果显示:最佳反应温度为925K;表观气速为0.10 m.s-1;CaO的循环速度为0.12 m.s-1。在较低温度下,碳化室内不同高度局部CO2摩尔分数的模拟结果与实验数据吻合良好。随温度增加,计算值与实验值误差增大。     

气固搅拌流化床内的压力脉动特性

为考察搅拌桨的转动作用对流化特性的影响，研究了不同转速和气速下搅拌流化床的压力脉动行为.采用188 mm的内径和400 mm的静床高，以Geldart B类和D类颗粒为实验物料，进行了压力脉动信号的统计分析和功率谱分析.实验结果表明，搅拌桨的转动对最小流化速度没有影响，但使B类和D类颗粒呈现了A类颗粒特有的散式流态化现象.随搅拌转速的增大，压力脉动的标准偏差减小，最小鼓泡速度增加. 最小鼓泡速度与最小流化速度之比与搅拌转速成正比.当搅拌转速增加到一定程度后，压力脉动的功率谱主频等于搅拌桨转动频率，流化床从鼓泡流态化状态转化为散式流态化状态.     

充气喷动床内微细粒子的干燥与析出率研究

在一内径92mm高1000mm的不锈钢充气喷动床反应器内,采用碳酸钙粉末物料为微细粒子,在由间歇进样器填加湿的微细粒子,以空气为充气和喷气体对微细粒子进行淘洗。综合考察床层温度、惰性粒子床层的高度、粒径、喷动气速、充气速度、湿含量以及进样量等对充气喷动床内微细粒子的析出率的影响。结果表明;碳酸钙粉末物料的析出率随喷气速、床层温度、床层的高度、充气速度的增加而增加;随着湿含量、进样量、床层颗粒粒径的增加而减少;最终湿含量随着初始湿含量的增加而增加。因此,它可以用来干燥并析出粉末物料。