气液固三相循环流化床气液传质行为

<正>气液固三相流化床反应器在石油化工、湿法冶金、环境工程和煤的液化等工业领域得到了广泛应用,其基础研究也取得了很大进展.但是,传统三相床主要应用于低液速(U_L<     

气固循环流化床能量最小多尺度环核(EMMS/CA)模型

通过对核区和环区分别建立相应的流体速度表达式改进了能量最小多尺度 (EMMS)径向流动模型 ,使模拟计算结果更趋合理 .将EMMS模型和环核 (CA)模型结合起来 ,建立了能量最小多尺度环核 (EMMS/CA)模型 ,通过EMMS模型的解可以使求解困难的CA模型得到封闭解 .运用该模型可以计算气固循环流化床中空隙率、流体速度、颗粒速度、滑移速度等动力学参数的二维分布 .模型计算值与文献报道的实验值符合较好     

并流下行循环流化床反应器中的气固传质特性

采用稳态吸附方法，测定了示踪剂在下行式流化床反应器中的轴向浓度分布，并与理论分布进行拟合，利用Ｍａｒｑｕａｒｄｔ法，求取了不同操作条件下的轴向扩散系数与气固传质系数，藉以揭示并流下行循环流化床反应器中的气固传质特性．基于实验结果，通过因次分析与线性回归，得到了轴向扩散系数Ｅａ及传质系数ＫＦａ与操作条件的经验关联式：Ｐｅ１≡（Ｌｕｆ）／Ｅａ＝０．２２６Ｒｅ０．４９９ＰΘ－０．３０２Ｐｅ２≡ｕｆ／（ＫＦａ．Ｌ）＝０．０００１８５Ｒｅ０．６１８ｐΘ－０．９８３Θ≡Ｇｓ／（ｕｆρｐ）＝ｕｓ（１－ε）／（ｕｇε）关联式与实验数据拟合较好．     

循环流化床气固传质实验研究

This study is devoted to gas-solid mass transfer behavior in heterogeneous two-phase flow. Experiments were carried out in a cold circulating fluidized bed of 3.0m in height and 72mm in diameter with naphthalene particles. Axial and radial distributions of sublimated naphthalene concentration in air were measured with an online concentration monitoring system HP GC-MS. Mass transfer coefficients were obtained under various operating condition, showing that heterogeneous flow structure strongly influences the axial and radial profiles of mass transfer coefficients. In the bottom dense region, mass transfer rate is high due to intensive dynamic behavior and higher relative slip velocity between gas and clusters. In the middle transition region and the upper diluter region, as a result of low mass transfer driving force and the influence of flow structure, mass transfer rate distribution becomes non-uniform. In conclusion, among the operating parameters influencing mass transfer coefficients, the superficial gas velocity is the most important factor and the solid circulation rate should be also taken into account.     

CFB锅炉大型化气固流动非均匀性研究进展

循环流化床(CFB)锅炉大型化发展的必然结果是炉膛截面尺寸和并联回路的增加,流化床锅炉炉内燃烧和传热过程很大程度上取决于炉内气固流动特性,因此横向气固流动均匀性对锅炉的安全运行具有重要影响。笔者从静态和动态2个方面分析了大型CFB锅炉气固流动横向非均匀性问题。静态非均匀性问题包括布风均匀性和并联回路引起的气固流量沿截面的偏差以及各回路流量分配偏差,在稳定运行条件下不随时间变化。分离器的阻力特性是分离器的重要特性参数,在相同气相流量下,固体颗粒浓度对分离器压降的影响是非单调的,分离器压降随固体颗粒浓度的增加先减小后缓慢增加,理论上并联回路控制方程的解存在多值性,因此多回路并联条件下各分离器循环流率存在偏差。CFB锅炉炉内悬吊屏影响颗粒局部浓度分布,进而影响各分离器固体颗粒循环流率的分配。分离器出口烟道的形式对分离器气固两相的流量分配存在不容忽视的影响。在布风均匀性方面,两侧进风和后墙进风方式均会引起风室不同程度的布风不均。大型CFB锅炉在低负荷运行过程中,存在炉膛两侧床压大幅长周期波动的现象,该现象即为动态气固流动横向非均匀性问题,其产生的主要原因是大截面的布风系统,一次风降低导致的布风失稳以及多回路并联的不均匀性。横向波动数学模型主要是基于气固两相流系统横向波动固有频率的假设,当扰动接近系统固有频率时,会产生较大幅度的横向波动。目前动态非均匀性问题还缺少实验室尺度的深入系统研究,相关机理仍较模糊,是气固流动非均匀性问题的主要研究方向,同时布风不均和密相区气固流动的耦合作用还有待进一步研究。     

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。     

算法复杂性在气固流化床动力学中的多尺度分析

提出了对从时间序列粗粒化得到的符号序列进行细化的方法,首次在不同尺度下,利用算法复杂性,对不同流型、静床高、平均粒径等操作条件下的压力脉动时间序列进行分析。研究结果表明,不同尺度下的算法复杂性不同的变化趋势,对应了不同尺度下气固两相运动的特征,能够从多角度反映流化床的运动特性,比单一尺度提供更多的信息,为流化床压力脉动时问序列非线性分析提供了新的思路。     

双尺度均匀化方法研究循环流化床气固两相流动

提出循环流化床气固两相流时空多尺度结构计算的双尺度均匀化方法(Two-scaleHomogenization Method),通过逐级递推计算出宏观、介观乃至微观尺度下的气固两相流体力学物性参量的局部涨落,研究尺度间相互作用规律及对气固两相流动宏观特性的影响.     

提升管三相流化床内的气液传质系数

采用溶氧电极法测定了以牛顿和非牛顿流体为液相的提升管三相流化床的气液传质系数（ｋｌａ）。证明其值受床层流动特性的影响显著，那些能提供高气含率和增大液体循环速率的操作条件也有助于ｋｌａ的提高。通过引入广义雷诺数得出了计算牛顿和非牛顿流体内ｋｌａ的关联式     

MULTI-SCALE MASS TRANSFER MODEL FOR GAS-SOLID TWO-PHASE FLOW

This article is devoted to analyzing the mass transfer in heterogeneous gas-solid flow by means of structure and process decomposition. A multi-scale mass transfer model was developed on the basis of the hydrodynamics calculated from the so-called EMMS model. This resulted in the predictions of the steady-state two-dimensional concentration distributions of sublimated substance as well as total mass transfer coefficient for circular concurrent gas-solid contactors. The predictions were validated by experimentally measured (via an on-line HP GC-MS system) axial concentration distributions of sublimated naphthalene in air in a circulating fluidized bed riser 3.0 m in height and 72 mm in diameter. The experiment also obtained mass transfer coefficients comparable to theoretical predictions under conditions with various gas velocities, solid circulation rates, particle sizes, and active material fractions in the particles. Both the theoretical and experimental results demonstrated that the heterogeneous flow structure prevailing in the concurrent gas-solid flow greatly influenced the flow's mass transfer.     

MULTI-SCALE MASS TRANSFER MODEL FOR GAS-SOLID TWO-PHASE FLOW

This article is devoted to analyzing the mass transfer in heterogeneous gas-solid flow by means of structure and process decomposition. A multi-scale mass transfer model was developed on the basis of the hydrodynamics calculated from the so-called EMMS model. This resulted in the predictions of the steady-state two-dimensional concentration distributions of sublimated substance as well as total mass transfer coefficient for circular concurrent gas-solid contactors. The predictions were validated by experimentally measured (via an on-line HP GC-MS system) axial concentration distributions of sublimated naphthalene in air in a circulating fluidized bed riser 3.0 m in height and 72 mm in diameter. The experiment also obtained mass transfer coefficients comparable to theoretical predictions under conditions with various gas velocities, solid circulation rates, particle sizes, and active material fractions in the particles. Both the theoretical and experimental results demonstrated that the heterogeneous flow structure prevailing in the concurrent gas-solid flow greatly influenced the flow's mass transfer.     

并流下行循环流化床反应器气固传质模型

建立了并流下行循环流化床反应器气固吸附传质模型,并采用稳态示踪的实验研究方法,测定了下行床中气相示踪剂浓度的轴向分布,进而利用Marquardt多元非线性回归方法求得了模型参数即轴向扩散系数和传质系数的值.实验结果的回归得到了模型参数与操作条件的经验关联式.该模型能很好的预计传质过程,包括轴向扩散系数和传质扩散系数的值以反应器中组分浓度的轴向分布,因此可用于描述并流下行循环流化床反应器的气固吸附传质过程.     

气固两相流中颗粒运动强化器壁对流传热的机理

提出了颗粒碰撞壁面过程中颗粒打破边界层和颗粒与壁面导热的强化传热模型,以分析气固两相流中颗粒强化对流传热的机理,通过模型计算研究了风速、颗粒浓度和粒径等因素对颗粒在壁面的停留特性、颗粒在边界层的扰动及对导热和边界层破坏两种强化机制传热比重的影响．以气固两相流横掠圆管的传热过程为例进行计算,计算与实验结果一致,并获得了具有实用价值的关联计算式．     

液固循环流化床两相流动模型

引　言流化床换热器具有防、除垢和强化传热等优点 ,在化工、食品、海水淡化、废水处理等领域具有广阔的应用前景[1].目前 ,流化床换热器历经散式流化床、内循环流化床 ,已发展到外循环流化床换热器[2 ],它要求在较稀的颗粒浓度 (颗粒浓度小于 5% )、较高的流速 ( 1～ 3ｍ·ｓ- 1)下操作 .流化床换热器中液体流动及颗粒运动状态的研究对流化床换热器的设计和操作具有重要意义 ,但人们对循环流化床换热器中颗粒运动情况的研究还很缺乏 .考虑到循环流化床换热器中的每根换热管都可作为一个独立的循环流化床对待[3].本文试图建立一滑移速度模型…     

LOCAL OVERALL GAS-LIQUID VOLUMETRIC MASS TRANSFER COEFFICIENTS IN A GAS-LIQUID TWO-PHASE REVERSED FLOW JET LOOP REACTOR

Local overall gas-liquid volumetric mass transfer coefficient profiles at the specified point were experimentally investigated in a gas-liquid two-phase reversed flow jet loop reactor with Newtonian and non-Newtonian systems. It was observed that the local overall gas-liquid volumetric mass transfer coefficient profiles of this reactor with Newtonian and non-Newtonian systems increase with increase in gas jet flow rates and liquid jet flow rates, and with decrease in nozzle diameter and CMC concentration.     

循环流化床提升管气固湍流的计算流体力学模拟——k-ε-kp-εp-Θ5参数双流体模型

提出了用k -ε-k_p-ε_p-Θ 5参数的双流体模型来模拟循环流化床提升管中的气固湍流 .模型用颗粒动力学理论描述颗粒与颗粒间的碰撞 ,用低Reynolds数湍流方程分别模拟气相和颗粒相的湍动 ,并且考虑了气固两相湍动的相互作用 .模拟所得颗粒速度和浓度的径向分布与实验结果吻合良好 .分析表明 :在时间和空间域上 ,采用颗粒相湍动与颗粒间碰撞分离处理和颗粒相湍能及耗散方程的引入是合理的 ;颗粒相湍动与两相湍动相互作用的封闭条件是影响模拟结果的重要因素 .     

气体"拟颗粒"模型

介绍了适用于气固两相流动的气体“拟颗粒”模型.气体被离散为大量气体微团,即“拟颗粒”;发生碰撞的拟颗粒间有相互作用的粘滞力和压力;气体的运动借助拟颗粒的运动状态来描述,气体间及气体与固体颗粒的相互作用由拟颗粒-拟颗粒、拟颗粒-固体颗粒的作用代替.应用该模型模拟了气体绕流单圆柱和双圆柱的现象,分别计算了单圆柱的曳力系数C     

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