气液固三相移动床中流型的声发射检测

本文采用声发射检测分析了气液固三相移动床中的各相运动信息，实现了三相移动床中涓流-脉冲流的识别，并进一步分析了不同条件下脉冲流的演变规律。结果表明，滴流床中气液流型为脉冲流时，声信号在时域上会形成能量包，可据此实现涓流-脉冲流的准确识别，且该识别准则对于三相移动床同样适用。固相移动导致的床层空隙率增大会使三相移动床中脉冲流形成的条件变得更加苛刻。气液达到稳定脉冲后，固相颗粒对于气液的带出作用会在一定程度上增大三相移动床中的气液脉冲频率。     

气-液-固磁稳定床研究进展

综述了气-液-固磁稳定床的研究进展,涉及流体力学特性、传质过程、返混与扩散等.兼有固定床和流化床优点的磁稳定床具有压降低,传质系数高等优点,已在石油、化工及环境等领域获得了应用.指出今后应加强气-液-固磁稳定床的传热特性与传热机理、传质机理、流场模拟技术、固相摆动速度及其对流动、传热和传质的影响、局部流动稳态与瞬态性能、工业反应器用磁场发生装置优化设计的研究.     

循环流化床燃烧数学模型及试验研究

利用循环流化床内气－固两相流动基础方面的研究成果, 提出床内气固浓－淡流动模型, 建立适用不同结构参数的循环流化床燃烧模型, 考虑了床内气体、固体颗粒的返混、循环过程以及煤燃烧、污染气体的生成和分解、颗粒磨损等过程． 在循环流化床燃烧试验台上进行实验研究, 模型仿真结果和实验数据吻合良好, 表明气固两相浓－淡流动模型所建立的循环流动床燃烧系统模型可以正确地模拟循环流化床的燃烧过程．     

气液固三相循环流化床中气固相含率轴径向的分布

对气液固三相循环流化床中气固相含率沿轴径向的分布进行了实验研究和模拟。实验结果表明：与膨胀床相比，三相循环流化床内的相间接触较为充分；固含率轴向分布的一维沉降－扩散模型模拟值与实验值吻合较好。     

三相循环流化床中气泡上升速度的实验研究

开发了一种新型的光纤探头多相流气泡测试系统,可用于气－液两相和气－液－固三相体系中气泡参数的测定。应用此系统研究了三相循环流环化床中不同径同位置气泡的上升速度分布,气泡上升速度均值的径向布以及操作条件对这现任中分布的影响。     

气－固－固循环流化床中填料层内细颗粒的质量流率和平均动含率

在气－固－固循环流化床中，尺寸较大的固相被固定在床中形成一段填料层，较小的固相一般为细颗粒被气流携带穿过填料层。本文在此类流化床流体力学实验的基础上，推导了气－固两相并流流过填料层时压降的数学模型，回归了气－固之间的滑落速度与表观气速之间的关系。最后应用压降及滑落速度的经验关系式，联立求解得到通过填料层的细颗粒的质量流率以及填料层内细颗粒的平均动含率。     

微型气液固三相等温微分浆态床反应器的优化

针对气液固三相浆态床催化反应中,传递、反应、催化剂的原位表征均比较复杂的问题,为了有利于气、固相均匀分散于液相和反应温度在反应器中实现等温,通过对气液固三相反应工艺特性和反应器性能要求的分析,对微型气液固三相浆态床反应器进行了优化。根据微型浆态床对气液固三相反应分析的要求,采用图像法研究了分布器为G1、G2、G3,砂板直径为2、2.5、3 cm反应器中的流体力学性能特征,考察了气体流速、温度、反应器直径及气体分布器对气含率、气泡尺寸、气泡上升速率以及气泡分布的影响,并进行流体动力学模拟计算,确定了微型浆态床反应器的直径为2 cm,气体分布器为G3砂板的反应器结构,该反应器可以应用于反应过程中间态及液体产物生成过程的测试。     

气—固—固循环流化床中填料层内细颗粒的质量流率和平均…

在气－固－固循环流化床中，尺寸较大的固相被固定在床中形成一段填料层，较小的固相一般为细颗粒被气流携带穿过填料层。本文在此类流化床流体力学实验的基础上，推导了气－固两相并流流过填料层时夺降的数学模型，回归了气－固之间的滑落速度与表观气速裼 关系。最后应用压降及滑落的经验关系式，联产求解得到通过填料怪的细颗粒的质量流率以及产层内细颗粒的平均动含率。     

气液固微型流化床的气液传质系数

气液固微型流化床兼具微流控系统和宏观流化床的优点,具有潜在的工业应用价值,但是,其应用基础研究十分缺乏。采用床径为1.6、2.0、2.4 mm的微型流化床,平均粒径为160、190、220 μm的玻璃珠,以NaOH水溶液吸收CO₂气体为气液传质研究物系,在三相流动研究的基础上,考察了表观气速、表观液速、床径、粒径等对三相微型流化床气液体积传质系数的影响。结果表明：给定其他条件,增加表观气速和表观液速,均使气液体积传质系数增大;表观气速主要改变气含率和气液相界面积,而表观液速主要改变液相传质系数;床径减小,气液相界面积和气液体积传质系数都有所增加;在气液两相微型鼓泡塔中加入固体颗粒,形成三相分散鼓泡流型,当其固含率在0.15~0.30范围内,可显著增强气液传质,其气液体积传质系数是气液微鼓泡塔的1.1~1.5倍;与宏观流化床相比,相同条件下微型床的相界面积为它的5~10倍,是微型流化床具有更大体积传质系数的主要影响因素。     

气液固微型流化床的气液传质系数

气液固微型流化床兼具微流控系统和宏观流化床的优点,具有潜在的工业应用价值,但是,其应用基础研究十分缺乏。采用床径为1.6、2.0、2.4 mm的微型流化床,平均粒径为160、190、220 μm的玻璃珠,以NaOH水溶液吸收CO₂气体为气液传质研究物系,在三相流动研究的基础上,考察了表观气速、表观液速、床径、粒径等对三相微型流化床气液体积传质系数的影响。结果表明：给定其他条件,增加表观气速和表观液速,均使气液体积传质系数增大;表观气速主要改变气含率和气液相界面积,而表观液速主要改变液相传质系数;床径减小,气液相界面积和气液体积传质系数都有所增加;在气液两相微型鼓泡塔中加入固体颗粒,形成三相分散鼓泡流型,当其固含率在0.15~0.30范围内,可显著增强气液传质,其气液体积传质系数是气液微鼓泡塔的1.1~1.5倍;与宏观流化床相比,相同条件下微型床的相界面积为它的5~10倍,是微型流化床具有更大体积传质系数的主要影响因素。     

有机硅单体合成的气固流化床的三维数值模拟

为了探索有机硅单体合成气固流化床内硅粉颗粒的流化特性,作者利用计算流体力学CFD软件,采用双欧拉气固两相流模型及SIMPLE算法,模拟了三维的气固流化床内硅粉颗粒的流化特性;分析了气泡生成、长大和破裂的过程,及不同床层高度的固体颗粒运动速度矢量图,不同床层高度处横截面颗粒体积分数变化。结果表明:三维模拟能直观的表现颗粒在流化床中的流化状态,为工业生产及应用提供了有效的依据。     

鼓泡床中基于气泡结构的多相反应模型

气固鼓泡床是一个流动、传热/传质和反应多尺度时空耦合的复杂系统。其中介尺度流动结构（如气泡）对于气固相间传递起着关键性的作用。为了准确描述气固流态化系统中的“三传一反”行为,需要在合理物理简化的基础上建立介尺度模型。提出了基于气泡结构的多流体反应模型,考虑了介尺度非均匀结构对于鼓泡床内气固相间反应的影响;定义了基于气泡的反应非均匀因子修正双流体（TFM）传质反应模型,从而使模型更加易用。通过鼓泡床内的臭氧催化分解反应模拟,对模型进行了初步验证,模拟结果与文献结果相符。     

填充床中气体流动与气固反应的相互作用

对界面化学反应和粒内扩散联合控制的气固反应,考虑到反应造成的混合气体质量和密度的变化,研究了填充床中等温条件下的快速气固反应和气体运动的相互作用,建立了相应的数学模型.数值分析表明,按耦合分析和非耦合分析得到的混合气体速度完全不同;忽略反应造成的混合气体密度变化,相当于增加一个额外的源项或汇项,因此当反应气体与惰性气体摩尔质量相差较大时,不能忽略反应造成的混合气体密度变化;按耦合分析和非耦合分析得到的浓度场也有很大差别,反应气体浓度波(物质波)阵面的差别也很大;化学反应明显地阻滞反应气体浓度波的推进;当平均压力降和其他条件相同时,反应器越长波阵面推进的量纲1距离越短;反应活跃区的发展对速度场的影响极大.     

拟泡-乳曳力模型在大型高温费托流化床反应器中的CFD模拟研究

以带冷却盘管的大型高温费托流化床反应器为研究对象,开展三维计算流体力学模拟研究。传统双流体模型基于局部平均的假设,认为单位控制体内气固两相均匀分布,网格尺寸必须足够小才能正确揭示局部非均匀结构的所有细节。采用双流体模型模拟大型工业化流化床装置时,将导致网格数量过于庞大,远超现有计算能力。为提高计算效率的同时不损失模拟精度,提出了基于局部非均匀假设、适用于粗网格的拟泡-乳三相非均匀曳力(PBTD)模型。该模型将流化床分为乳化相气体、乳化相颗粒以及气泡三相,分别建立守恒方程,体现气泡的非均匀特性对气固曳力的影响。乳化相内气固曳力以及气泡相与乳化相内颗粒的曳力分开考虑。采用PBTD模型耦合传质和反应模型,建立基于局部非均匀假设的高温费托合成反应器三维流动-传递-反应模型,包括各相守恒控制方程、气泡尺寸模型、相间物质和动量交换模型、高温费托合成反应动力学模型以及初始和边界条件,预测反应器内的流场和组分浓度分布。研究结果表明:在粗网格条件下,非均匀曳力模型可以预测床层内相含率的分布情况,预测的床层膨胀高度与经验公式计算值接近,偏差为1.2%。反应器出口气体组分的质量分数与试验测量值相近,偏差在1.5%~16.0%。模拟结果证实,基于非均匀假设的PBTD模型适用于模拟工业规模的鼓泡流化床反应器,对其设计开发和工业运行具有指导价值。     

A numerical analysis of rate data for packed bed reactors in gas-solid reaction systems

A numerical solution of the pseudo-steady state governing equations on the basis of the Langmuir-Hinshelwood type rate equation was obtained by the approximate finite difference method in packed bed reactors for gas-solid reaction system. It was proved that the numerical method has good accuracy compared with the strict solution in the special case that the reaction rate can be represented by the first-order kinetics in terms of gaseous reactant and the effectiveness factor is unity druing the reaction. The numerical method is proposed to predict the transient of exit-gas compositions of a packed bed reactor used for gas-solid reaction systems. The exit-gas composition can be predicted from the conversion data of a single particle with varying reaction time. The present method can be easily applied to the systems involving adsorptive gaseous reactants and complex reaction behavior with structural changes of particles.     

气固流化床外取热器内流动和换热特性分析

外取热器是维持催化裂化反应-再生系统热平衡和保持装置平稳运行的关键设备之一。外取热器的优化设计和合理调控，要求深入理解外取热器内的流动特性、换热特性及两者之间关系。在一套大型冷模热态实验装置上，分别考察了表观气速、颗粒质量流率对换热管附近的局部固含率和气泡频率、床层与换热管间传热系数的影响。结果表明：增加表观气速可以降低局部固含率、增加局部气泡频率、强化床层与换热管间换热；随着颗粒质量流率增加，局部固含率和局部气泡频率均增加；在较低表观气速下，增加颗粒质量流率不利于换热，而在较高表观气速下，传热系数随颗粒质量流率逐渐增加。不同流型下，气固流动特性对换热特性的影响不同。在鼓泡床流型下，过高的局部固含率不利于颗粒在换热表面的更新，增加换热管附近的局部气泡频率可以明显强化换热；而在湍流床流型下，换热管附近的局部固含率和气泡频率的增加，均使传热系数逐渐增大。建立了针对不同流型的换热经验关联式，预测值与实验值的平均相对偏差分别为6.9%和1.3%。     

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。     

Experimental study of the effect of internals on optimizing gas-solid flow in a circulating fluidized bed

The solids concentration in a circulating fluidized bed of flue gas desulfurization (CFB-FGD) is low, and the gas-solid mixing needs to be strengthened to improve the reaction efficiency. The addition of internals in a square CFB-FGD is studied here. Different sizes of wedge-shaped internals were set in the middle of the riser on opposite sides of the bed, at same height or at different heights. By comparing the concentration distributions, we found that positioning the internals at different heights is more effective in increasing the density of the center region. By observing the radial distribution of the fractal dimension, we found that a strong degree of turbulence can improve the gas-solid mixing. A larger upper/smaller lower arrangement of the internals with a moderate apparent gas velocity provided the best flow field, with increased concentration gradients and improved gas-solid mixing.     

一种气,固流化床料位检测的新方法

料位高度是气、固流化床内重要的基本参数之一。虽然有压降法、测温法、电容法和回波法等可用于料位的测量,但是这些方法作为工业应用都不能令人满意。本文根据流化床内部特性提出了利用流化床内压力波动信号和料面附近的平均压力降测量流化床料位高度的新方法。实验表明,这种方法原理简单,测量精度高。不仅能测量流化床内料位的平均高度。而且还能得到料位的瞬时高度和波动范围;且测量结果不受流化床的几何尺寸、床内物料的特性及流化状态等因素的影响,从而为工业流化床提供了一种料位在线测量的新方法。     

A comparison of transient reactor models for non-catalytic gas-solid processing

Transient behaviour of packed bed reactors for non-catalytic gas-solid reactions has been simulated using the sharp interface, finite reaction zone and the particle-pellet model for the reaction process occurring within the individual pellets. The solution procedures to the system of equations is based on the orthogonal collocation method. The effect of perturbations in the reactor inlet conditions on the temperature profiles encountered in the bed has also been examined.