循环流态化：（Ⅱ）气—固流动规律

循环流态化气、固两相流动行为是比较复杂的,它不仅取决于气体速度、颗粒循环速率以及气、固物性;而且受设备条件(床层直径、床层高度、进、出口结构、内部构件等),操作温度和压力等因素的影响。循环流态化气、固流动的基本特征,表现在局部结构上是存在颗粒的聚集现象,表现在整体结构上为存在颗粒浓度、气体、固体运动速度等的轴、径向不均匀分布。这种局部和整体宏观上的不均匀性,相互影响,相互关联,是表征循环流态化气、固两相流动行为的重要因素,也是研究和改善循环流化床反应器的基本课题。     

气固下行流化床反应器Ⅱ气固两相的流动规律

气固下行流化床反应器气固两相流动过程是比较复杂的，沿轴向气固两相运动可分为第一加速、第二加速和恒速３个运动段，沿径向局部气体速度、颗粒速度和颗粒浓度都具有不同程度的不均匀性。而这种不均匀性是由气固两相顺重力场湍动运动所决定的。和循环床提升管相比，下行管反应器气固两相沿径向分布的不均匀性得到有效地改善，气固可以实现超短接触操作，因而是一种新型高效气固超短接触反应器     

快速流态化两通道模型

本文根据实验观测及文献资料,提出了一个快速流态化气固两通道流动模型.该模型综合考虑了固体颗粒在床内的轴、径向密度分布和颗粒的内循环流动,具有物理意义明确、模型参数少等优点.通过对文献及本实验的多组轴向空隙率分布数据的验算,获得了模型参数的经验关联式.计算表明,该模型可以较好地描述快速流化床内气固运动及颗粒密度分布的规律.     

高密度循环流化床中气固两相流动结构的一维成像分析

本文利用新的测试方法即一维成像系统在较宽的操作条件下对高密度循环流化床中气固两相流动的瞬态结构进行了研究,得到大视场下快速床内两相流瞬时结构图像,并通过对图像进行统计和相关分析,得到了颗粒团在床内的特性参数:出现概率、径向大小,轴向渡越时间沿径向的分布及这些分布随床内操作参数的变化规律。研究结果表明,影响颗粒团特性参数的主要因素是局部时均颗粒浓度和操作气速。     

气固顺逆重力场流态化特征分析

气固并行顺重力场与逆重力场流动形成了迥然不同的流态化机制 :下行床中 ,局部颗粒的聚集会使局部颗粒及气体速度增大 ,而局部气体速度的增大又会破坏颗粒的聚集 ;提升管中因气固逆重力场流动 ,颗粒的聚集会使局部气体及颗粒速度降低 ,而这种降低又会加重颗粒的聚集。与提升管相比 ,下行床具有气固速度和颗粒含率径向分布均匀和气固停留时间短以及返混小等特点 ,其流型更接近平推流     

线性变气速下的下行床内轴向流动结构分析

在气固两相连续方程和动量方程的基础上,考虑到下行床内表观气速的变化,建立了适用于变气速条件下的一维轴向流动模型,并着重考察了气固速度和空隙率的轴向分布情况. 计算结果表明,线性变气速条件下的轴向流动情况与常气速下有明显的不同,也更接近于热态反应器的实际情况.     

循环流化床气体-颗粒团聚物两相流体动力特性的研究

基于气固两相流体动力学,建立循环流化床内气体-颗粒团聚物两相流动模型,模拟计算循环流化床内气固两相流动.理论预测得到循环流化床内颗粒团聚物的形成,得到颗粒"环-核"流动结构,模拟计算颗粒相浓度和速度以及气相速度分布与前人实验结果的趋势基本吻合.     

气固下行流化床反应器：Ⅳ.气,固流动模型

综述了循环流化床提升管和下行管气固两相流动模型研究的现状在对这些模型分类评述的基础上，给出了可用于描述下行管反应流动规律的一维两相和地维两相流动模型，为下行管反应器的设计，放在提供了理论依据。     

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．     

快速流化床一维轴向稳态流动模型

本文对稳态操作的快速流化床气固两相流动进行了分析,表明颗粒在床内的加速运动对床层各项参数有显著影响。考虑了颗粒加速作用以及由于颗粒聚集使气固两相相互作用力减小的事实后,可采用一维轴向稳态流动模型获得截面平均颗粒速度、空隙率以及曳力系数等参数及其轴向分布规律。模型预测与实验直接测定结果吻合很好。     

湍动浆态床流体力学研究(Ⅱ)轴向浆料速度的径向分布

对高气速、大塔径条件下的湍动浆态床轴向速度进行了实验测定,提出了简化的一维流体力学模型。实验结果表明：固含率对浆料速度的径向分布影响不明显;采用中心速度和塔径作为参考量,则不同条件下的量纲1流速分布相似;高气速下中心速度随塔径的变化可近似用Nottenkamper关联式描述。提出了一维流体力学模型预测浆态床液速分布,模型计算结果与实验数据符合较好,模型较好地反映了浆态床反应器内液速分布随表观气速、固含率及塔径变化的规律。     

循环流化床压力波动信号的小波多分辨率分析

在150 mm×150 mm×2000 mm循环流化床试验模型上,分别以50,100,200和400 Hz采样频率,采集床壁静压波动信号.应用小波多分辨率分析方法,将原始压力信号分解成各尺度信号,然后提取各尺度能量模特征值,用以描述流态化系统气固两相流动特性.研究了采样频率、测点高度、表观气速等因素对分析结果的影响.本文结论有助于深入理解流态化系统流体动力特性规律.     

循环流化床脱硫器气固两相流动的数值模拟

以双流体模型为基础,结合颗粒动力学理论,对下部装有文丘里气体分布器的新型循环流化床脱硫反应器内气固两相流动特性进行了数值模拟.为全面描述气固两相的相互作用以及固相的出现对气相湍流作用的影响,模型中引入了物理意义上更加合理的源项公式,并与实验值进行了比较,模拟计算值与实验值吻合良好,验证了双流体模型方程的适用性.计算结果表明:由于文丘里管特殊结构的影响,流化床提升管内颗粒浓度分布非常不均匀,颗粒速度沿提升管高度发生强烈变化,流动非常复杂,研究结果为进一步优化循环流化床脱硫反应器入口结构打下了基础.     

流化床内粉煤气固流动特性的实验研究

采用5种不同粒径分布的粉煤对流化床内粉煤气固两相流动形态和压力波动进行了实验研究。确定了不同操作参数下的流动形态,考察了不同操作条件对压力分布和压力波动的影响,采用了一种新方法——通过流化床底部相邻两点压差关于流态化气速的曲线来分析临界流态化速度,通过压力标准偏差最大值对应的流态化速度来确定起始湍动流态化速度,提出了临界流态化和起始湍动流态化雷诺数关于粉煤粒径的关系式,揭示了压力变化与流态演变的内在联系。结果表明,粉煤颗粒粒径越小,各流动形态的临界速度越小;当床内出现节涌流态化或湍动流态化时,细颗粒粉煤的压力波动较小,而粗颗粒粉煤的压力波动比较剧烈;流化床底部相邻两点压差和压力标准偏差均随着流态化速度的增大先增加后减小。     

循环流态化：（Ⅳ）气,固混合

气、固混合过程的研究与预测,是循环流化床反应器设计和模型化的关键之一。本文分析了循环流化床内气、固混合的机理。表明由于颗粒的聚集与解体以及气固两相在床内轴径向流动的不均匀性,因此在循环流化床内气固两相无论在局部,还是在整体上均存在着明显的混合。目前,在循环流化床基础研究中,气、固混合的研究是一个比较薄弱的环节。已有的研究结果之间尚存在不够统一、甚至相互矛盾的问题,需要进一步大量系统地工作。     

快速流化床内颗粒加速运动段长度

本文根据对快速流化床内气固两相流动的分析,确定压力沿床高分布的非线性变化区域为颗粒的加速运动段。通过对大量实验数据的分析,得到了颗粒加速段长度及其随操作条件,气固物性以及床层直径等因素的变化规律。结果充分表明,在快速流态化区域内,颗粒的加速作用是非常明显的。     

提升管和下行床在催化裂化过程中的比较

在综合考虑流动、反应、传质的基础上,建立了适用于模拟提升管和下行床反应器中催化裂化过程的二维返混模型,并利用正交配置法进行数值求解,得到了各产物在两种反应器内的不同浓度分布规律。这处结果源于两者流动结构和混合状况的差异。和提升管相比,由于下行床内的气固两相流动更接近平推流,气固速度和颗粒浓度径向分布均匀,气固轴向返混小,因而可得到更高的汽油收率。     

大直径三相流化床相含率与缝隙液速的研究

本文对大直径三相流化床的局部气含率(?)固含率及液体缝隙速度进行了测定,并结合小直径床的数据作了系统的分析.结果表明,局部气含率基本符合抛物线分布;局部固含率可以由方程式(7)来表示;利用本文修正的液体循环流模型能够合理地描述液速分布.     

提升管内气固流动特性的离散元模拟

采用离散单元法模型对二维提升管内气固流动特性进行了数值模拟。利用标准k-ε模型模拟气相的湍流流动,考虑了颗粒间的van der Waals力和滚动摩擦的作用。通过对颗粒和气体流动行为的分析,得到了颗粒浓度、速度、温度及气体速度等的分布,研究了表观气速和颗粒循环速率对颗粒流动的影响。结果显示:颗粒在提升管内呈现边壁浓、中心稀的环核流动及上稀下浓的流动结构;气固两相都存在一定程度的返混现象;增加表观气速,使颗粒浓度降低、速度增大,颗粒分布更均匀;增加颗粒循环速率,使颗粒浓度增大,而颗粒速度对颗粒循环速率的变化不敏感,颗粒分布的不均匀性更强。模拟结果与文献中实验定性吻合。     

气固环流燃烧器内颗粒流动行为

针对石油焦及气化余焦的燃烧特点和流态化特性,提出了一种采用气固密相环流烧焦与快速床管式烧焦技术相组合的新型燃烧器结构。在不同操作条件(导流筒区表观气速0.772～1.674m.s-1,环隙区表观气速0.223～0.519m.s-1,装置系统的颗粒外循环强度40.8～229.4kg.m-2.s-1)及两类颗粒体系下,采用光纤测量仪对组合燃烧器环流段内颗粒流动特性进行了系统的实验研究。结果表明,两类颗粒体系的固含率和颗粒轴向速度在导流筒区、底部区和颗粒分流区床层内沿径向的分布规律为中心区小、边壁区大的环-核型分布,体现了气固流化床典型聚式流态化的非均一性特征;在环隙区,受环流段结构的影响,两类颗粒体系的固含率和颗粒轴向速度参数沿床层径向的分布相对较均匀;混合颗粒体系的固含率、颗粒轴向速度较单一石英砂颗粒体系的要小,细颗粒的加入在一定程度上能改善气固混合的均匀程度;两类颗粒体系在底部区和颗粒分流区的径向流动具有剪切破碎气泡的作用,有利于环流段内气固的充分混合接触。