流化床内生物质石英砂双组分混合流动混沌递归分析

采用递归分析方法对流化床内的压力脉动信号进行分析,研究了不同工况下石英砂与柱形生物质颗粒混合双组分颗粒的流动特性。柱形生物质颗粒尺寸为10 mm×10 mm（直径×长）,石英砂粒径为0.8 mm。在鼓泡床阶段,随着生物质含量的增加,系统的周期性呈现先减弱再增强的变化趋势;该阶段确定性与层流率均表现为随气速的增加而增大,其值在生物质含量低时会明显减小,系统熵则随着气速的增大而减小。在腾涌阶段,生物质添加前后系统信号的递归图呈现相似的纹理特征,确定性与层流率变化较小,此时熵随着气速的增加而减小,与单组分流动呈现相反的趋势。     

隔板式内循环流化床压力脉动信号递归分析

隔板式内循环流化床中流化态及颗粒循环特性对压力脉动信号特征具有重要影响,其作用机制尚未完全清楚。测量了隔板式内循环流化床在不同气速比条件下的压力脉动信号,通过时域及递归分析,获得了压力脉动信号的标准差、递归率、确定性及香农熵等特征参数。结果表明,随着表观气速比的增加,内循环中颗粒循环状态存在未循环、鼓泡循环、过渡循环和湍动循环四个阶段;通过压力脉动信号的标准差、递归图黑白结构占比和递归特征参数可识别这四种循环状态,递归特征参数在不同循环区域内显示出良好的线性关系,可用于识别隔板式内循环流化床系统的循环状态。     

三维流化床内生物质及石英砂混合颗粒的流动特性

选择锯花、花生壳、稻壳、蔗渣为实验对象,将不同质量的生物质与石英砂混合作为床料,加入三维流化床试验台内混合流动,测量床内的压差脉动信号,床高1000mm,截面尺寸为120mm×32mm。实验结果表明当生物质质量分数小于等于2%时,生物质的种类及质量分数对最小流化速度的影响可以忽略不计。利用快速傅里叶变换变换分析压差脉动信号,研究双组分流动特征。结果表明,添加稻壳时压力脉动在低气速下主频位于10~15Hz区间内,并随着气速的增加向20~25Hz的高频区移动;蔗渣、花生壳及锯花等片状生物质在较低气速下主频消失,较高气速下主频存在于10~15Hz区间内。     

多尺度能量分析在气固流化床颗粒浓度信号分析中的应用

在φ 90 mm×1 000 mm的有机玻璃流化床中,采用PV4A颗粒测速仪测定了不同粒径的河沙、聚氯乙稀(PVC)颗粒在操作气速为0.218～0.524 m/s下不同轴/径向位置的颗粒浓度波动信号,考察了颗粒浓度波动信号多尺度分解的尺度,以及代表颗粒和各不同尺寸气泡运动的细节信号的能量分率与操作条件的关系.研究表明,各尺度下细节信号的能量分率随操作气速、轴向距离增大而增加,随径向距离增大而减小.     

含油污泥-石英砂颗粒混合物的混合分离特性

在内径60 mm、高1000 mm的冷态气固流化床实验装置上,研究了含油污泥-石英砂混合颗粒的流化特性.实验结果表明,对于含油污泥含量较高的混合颗粒,随着气速由高到低,含油污泥颗粒与石英砂的流化行为可以分为四个阶段,双组分完全流化、石英砂流化-油泥趋于静止、石英砂趋于静止和固定床阶段；通过两组份分层填装流化实验,发现仅...     

基于HHT法的流化床内生物质和石英砂双组分颗粒压差脉动信号分析

采用Hilbert-Huang变换方法对流化床内的压差脉动信号进行分析,研究了不同工况下生物质和石英砂双组分颗粒的流动特征。在生物质质量分数为2%情况下对不同气速下压差脉动信号进行边际谱和能量分析,发现压差脉动信号频率主要集中在低频段(0～4 Hz),随气速的增加各阶IMF能量逐渐从高频段向中频段转移;在气速为1.01 m·s^-1情况下对不同生物质质量分数下的压差脉动信号进行能量分析,发现随生物质质量分数增加各阶 IMF能量逐渐从中频段向高频段转移;并借助高速摄影仪对流化床内的颗粒流动状态进行研究分析。结果为进一步研究流化床内气固两相流知识提供一定的理论依据。     

生物质热裂解双仓式气力输送喂料装置输料特性

设计制造了一套生物质热裂解用双仓式气力输送喂料装置,研究流化气速、喷动气速、有效喷射距离（s=50mm、100mm、150mm、200mm）、输料管内径（d ₁=21mm、24mm、29mm）和生物质颗粒粒径对进料率的影响。试验结果表明,进料率随着流化流速、喷动气速、输料管内径、生物质颗粒粒径的增大而增大。在有效喷射距离为100mm时,进料率最高。固气比随着流化气或喷动气速的增加先增加后降低,在流化气和喷动气的共同作用下,随着气体流速的增加固气比一直在降低。为了描述进料率与喷动气速、流化气速、有效喷射距离、输料管内径以及生物质颗粒粒径之间的关系,采用多元线性回归分析,建立了多元线性回归模型。开展了额外试验验证模型的准确性,结果表明试验值和预测值误差在±10.2%以内,表明所建立的模型可靠,可以利用该模型预测喂料器的进料率。     

溢流管式多层气固流化床稳定操作气速范围的影响因素

在四段溢流管式多层流化床装置中研究了固体颗粒加料速率、分布板开孔率及孔径、溢流管内径、颗粒种类及粒径对多层流化床稳定操作气速范围的影响. 结果表明,多层流化床最小稳定操作气速(Umin)随颗粒加料速率、分布板开孔率及颗粒粒度增大而增大,随溢流管管径增大而减小,与分布板孔径大小无关;最大稳定操作气速(Umax)随分布板开孔率和孔径及颗粒粒度增大而增大,随溢流管管径增大而减小. 石英砂和煤颗粒的最大稳定操作气速均先随加料速率增加而增加,超过某一加料速率(表观颗粒速度约为1.0′10-4 m/s)后基本保持不变. 在相同固体加料速率下,石英砂的最大与最小稳定操作气速比(Umax/Umin)约是煤颗粒的3倍,表明石英砂比煤颗粒具有更大的操作弹性,可能是由于使用的褐煤含水量高、流动性差所致.     

三相气升式环流反应器内上升区相含率轴向分布与循环液速的研究

常温常压下,在三相气升式内环流反应器中,将硅铝球、石英砂和瓷球分别与空气、水组成三相物系,考察了细颗粒与大颗粒物系中上升区相含率轴向分布规律、固体装载率和颗粒粒径对该规律的影响,以及各物系中上升区循环液速随表观气速的变化规律。结果表明:随轴向高度的增加,瓷球物系中上升区固含率εsr先增大后减小;硅铝球物系中εsr减小;石英砂物系中εsr均匀分布。随轴向高度的增加,瓷球物系中上升区气含率εgr增大;硅铝球物系中εgr减小;石英砂物系中εgr先增大后减小。固定表观气速,各轴向位置处的上升区气含率随固体装载率、颗粒粒径的增大而增大。当固体装载率相同时,各物系中上升区循环液速随表观气速的增大而增大。     

基于半焦为过滤介质的颗粒床过滤器除尘性能分析

为解决粉煤热解工艺中干馏气含尘量较大及颗粒床过滤器滤料再生问题,在颗粒床过滤器除尘实验装置上比较了半焦和石英砂两种滤料的过滤性能,分别采用单因素和正交实验法,考察了表观气速、滤料厚度、滤料粒径和粉尘进料浓度对颗粒床除尘性能的影响。结果表明:多孔介质半焦对粉尘的过滤效率明显高于石英砂;随着过滤时间的延长,除尘效率均呈现先增大后减小的趋势;从过滤质量因子角度考虑,当表观气速为0.35 m/s,滤料厚度为150 mm,滤料粒径为0.83 mm～1.25 mm时,颗粒床过滤器具有较高的过滤性能;粉尘进料浓度增加,在过滤前期除尘效率随之增大,但在过滤后期高进料浓度下除尘效率下降的速率较快。各因素对颗粒床过滤器最大除尘效率影响程度由大到小依次为:表观气速、滤料厚度、滤料粒径、粉尘进料浓度。当表观气速为0.25 m/s,粉尘进料浓度为10 g/m~3,床层厚度为150 mm,滤料粒径为0.38 mm～0.83 mm,除尘效率最大,为99.20%。     

高通量循环流化床提升管内Geldart B类颗粒团聚特性研究

在内径60 mm、高5.5 m的循环流化床提升管实验装置上,基于光纤探针所测颗粒浓度信号、采用小波分解方法,研究了高通量操作条件下Geldart B类颗粒(石英砂)的团聚特性(团聚物颗粒浓度、持续时间和频率等)。研究表明,团聚物在提升管轴径向分布不均匀,且与操作条件密切相关。在提升管中心区域,团聚物颗粒浓度小,持续时间短,出现频率较高;而在边壁区域则相反。团聚物颗粒浓度和持续时间随循环量的增加而增加,随气速的增加而减小;聚团频率的变化趋势相反,且在低气速下随着循环量的增加先增加后减小。     

流化床压力脉动的递归分析

在自行搭建的冷态流化床实验台的基础上,采集了风帽入、出口处的压力脉动信号,通过对比、分析不同压力测点的压力信号递归图,来观察流化床内流化特性的差异。改变空气流量,借助递归率RR、确定性DET、递归熵ENTR,最长对角线Lmax、层状度LAM、竖直或水平线段长度均值TT等参数来定量分析鼓泡床、节涌床、湍流床和快速流化床4种流型的动力学特性。结果表明:递归定量分析能够有帮助于理解流化床的流动机理,对气固二相流的流型识别具有一定意义。     

一种脱油油砂颗粒流态化特性的研究

在一套直径300mm、高7000mm有机玻璃冷模实验装置上对一种脱油油砂颗粒流态化特性进行了实验研究。粒度测试结果表明该脱油油砂颗粒的粒度分布宽,细颗粒含量较多。采用FXC-Ⅱ/32型压力迅检仪测量了不同表观气速下脱油油砂颗粒沿流化床轴向平均颗粒浓度分布,采用压力梯度法测量了脱油油砂颗粒的密相床膨胀,采用容积法测量了自由空域内脱油油砂颗粒的夹带量。实验结果表明,该脱油油砂颗粒的流化性能较好;轴向平均颗粒浓度分布整体表现为下浓上稀,其中,在密相区随表观气速增加而减小,在稀相区随表观气速增加而增大;基于床高比表示的密相床膨胀随表观气速增加先增大后减小,在表观气速为0.362m·s-1时密相床最大;自由空域内的夹带量随表观气速增加而增大;建立了密相轴向平均颗粒浓度的数学模型,模型预测值与实验值吻合较好。     

喷动流化床最大喷动压降的多因素影响与关联

基于截面200 mm×20 mm,高1600 mm,锥角60°的矩形喷动流化床,以二组分混合颗粒、单一组分球形颗粒及非球形颗粒为物料进行最大喷动压降的实验研究。结果表明,最大喷动压降随静止床高、颗粒密度、颗粒球形度及二组分混合颗粒体系中沉积组分分率增加而增大,随流化气速增大而减小;增大颗粒粒径或喷口宽度,呈现先减小后增大趋势,存在极小值;对于非球形颗粒及混合颗粒,其床层总压降随表观喷动气速变化的规律与单一组分球形颗粒相同,但相同条件下的前者压降波动幅度大于后者。以实验测量的854组数据为基础,结合量纲分析法建立了最大喷动压降预测关联式,与测量值及文献实验数据吻合较好。     

不同气速下喷动床喷泉区颗粒特性的模拟分析

以欧拉多项流模型为基础,对底角锥度为60°、床直径为0.44 m的喷动床内气固两相流的动力学特性进行了模拟研究,并对不同气速下喷泉高度、颗粒体积分数、颗粒速率的变化进行分析,结果发现喷泉高度与进口气速在u/ums=1.2～1.8范围内具有良好的线性关系,拟合度可达到0.9997。固体颗粒体积分数在轴心区域较高,随着径向距离的增加逐渐下降,且随高度的增加呈现先减小后增大的趋势;颗粒体积分数受速率的影响较大,随着喷动速率的增大,颗粒体积分数趋于减小,但减小幅度不同。颗粒速度在喷泉核心区随床层高度增大而减小。同一床层高度上的颗粒速度随气速的增加而增大,但增大值不同。     

不同颗粒流化床层中挡板受力特性对比

颗粒性质对流化床内气固流动特性具有重要的影响,不同颗粒床层内气固流动特性的不同也将引起床层中内构件受力特性的变化。采用在测试挡板表面粘贴应变计的方法,系统对比测量了一个斜片挡板在FCC颗粒（Geldart A）和石英砂颗粒（Geldart B）两种流化床内受力特性的差异,并系统比较了操作参数变化时挡板在两种颗粒床层中受力特性变化规律的差异。结果表明,在相同的操作条件下,挡板在B类颗粒床层中受力载荷的均方根值大小约是A类颗粒床层中的2～3倍;除挡板安装在靠近分布器位置外,总体来讲,在两种颗粒的床层中,挡板所受载荷强度都随表观气速的增大而增大。但是,在两种颗粒床层中,挡板安装高度变化对挡板受力特性影响差异较大,在B类颗粒床层中所受载荷强度随着安装高度增大而增大,而在A类颗粒床层中所受载荷强度随安装高度增大呈现先减小后增大的趋势。此外,挡板倾角度θ在75°～90°之间变化时,挡板所受载荷强度在两种颗粒流化床中均随着挡板倾角增大呈现急剧下降的趋势,而当θ=0°～75°时,B类颗粒床层中挡板所受载荷强度随挡板倾角增大略有下降,而A类颗粒床层中挡板所受载荷强度变化并不十分明显。     

不同颗粒流化床层中挡板受力特性对比

颗粒性质对流化床内气固流动特性具有重要的影响,不同颗粒床层内气固流动特性的不同也将引起床层中内构件受力特性的变化。采用在测试挡板表面粘贴应变计的方法,系统对比测量了一个斜片挡板在FCC颗粒(Geldart A)和石英砂颗粒(Geldart B)两种流化床内受力特性的差异,并系统比较了操作参数变化时挡板在两种颗粒床层中受力特性变化规律的差异。结果表明,在相同的操作条件下,挡板在B类颗粒床层中受力载荷的均方根值大小约是A类颗粒床层中的2~3倍;除挡板安装在靠近分布器位置外,总体来讲,在两种颗粒的床层中,挡板所受载荷强度都随表观气速的增大而增大。但是,在两种颗粒床层中,挡板安装高度变化对挡板受力特性影响差异较大,在B类颗粒床层中所受载荷强度随着安装高度增大而增大,而在A类颗粒床层中所受载荷强度随安装高度增大呈现先减小后增大的趋势。此外,挡板倾角度θ在75°~90°之间变化时,挡板所受载荷强度在两种颗粒流化床中均随着挡板倾角增大呈现急剧下降的趋势,而当θ=0°~75°时,B类颗粒床层中挡板所受载荷强度随挡板倾角增大略有下降,而A类颗粒床层中挡板所受载荷强度变化并不十分明显。     

多级搅拌塔气液体系的轴向混合和气含率

采用改进的Rushton六直叶涡轮桨,在内径为80 mm的多级搅拌塔中,以氮气-水体系为研究对象,考察了液速、气速和搅拌桨转速对连续相轴向混合和气含率的影响.结果表明:在液速1.38×10-4～4.42×10-4 m/s、气速5.53×10-2～17.68×10-2 m/s和转速1.67～13.33 r/s条件下,轴向扩散系数随着液速和气速的增加而增大,随着搅拌桨转速的增加先减小后增大;平均气含率随着液速、气速及搅拌桨转速的增加而增大.根据实验数据得到了连续相轴向扩散系数和平均气含率的关联式,其计算值与实验值误差较小,分别小于15%和10%.     

底部间隙对多室环流反应器流动特性的影响

在空气-水-石英砂三相多室气升式环流反应器(MALR)中,调节底部转角连接处间隙高度分别为18,28,38mm,在表观气速1.2～4.2cm/s范围内,实验研究了底部阻力系数、相含率、循环液速随反应器底部间隙的变化规律。结果表明,随着底部间隙的增大,底部转角处的局部阻力系数减小,循环液速增大,流体夹带进入下降室的气泡和固体颗粒均增多,下降室的气含率和固含率均增大。     

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.