气固错流移动床内空腔与贴壁研究现状及发展

气固错流移动床广泛应用于工业生产过程,空腔与贴壁是两种典型的非正常操作工况,限制了移动床的操作弹性。床层结构与气固两相流动特性影响空腔贴壁的形成及变化,综述了空腔与贴壁的研究现状,总结了压降、颗粒流动以及空腔贴壁的数学模型,分析了空腔贴壁的影响因素,讨论了提高错流移动床操作弹性的方法,阐明了研究中亟待解决的问题,为气固错流移动床的研究方向提供建议。     

气固错流移动床内空腔与贴壁研究现状及发展

气固错流移动床广泛应用于工业生产过程,空腔与贴壁是两种典型的非正常操作工况,限制了移动床的操作弹性。床层结构与气固两相流动特性影响空腔贴壁的形成及变化,综述了空腔与贴壁的研究现状,总结了压降、颗粒流动以及空腔贴壁的数学模型,分析了空腔贴壁的影响因素,讨论了提高错流移动床操作弹性的方法,阐明了研究中亟待解决的问题,为气固错流移动床的研究方向提供建议。     

移动床贴壁现象的研究

在错流区高度为430 mm,横向宽度分别为400 mm,200 mm,105 mm的三种不同尺寸的矩形二维移动床内对贴壁现象进行了研究.实验结果表明,随着错流气速的增加床层压降也增加,当压降超过一定值时,移动床内近下流面的部分颗粒将停止下移,发生贴壁;贴壁颗粒层的厚度与床层压降呈线性关系,在相同错流气速下宽床层的贴壁厚度大于窄床层,但无因次化贴壁厚度大致相同.通过力平衡分析建立了贴壁现象的数学模型,可计算不同压降下贴壁颗粒层的厚度,并获得贴壁临界压降值的计算式,模型计算值与实验值基本相符.     

矩形错流移动床床内颗粒流速分布的考察

以矩形错流移动床床内颗粒流动为考察对象,在前人工作的基础上,明确了体积膨胀应力参数 ｋ的物理意义,完善了床内颗粒应力分布的理论预测;并提出了颗粒间发生剪切滑移的理论判据,由此可对不同过床气速条件下床内颗粒流速分布区域的分界点作出理论预测。同时选择了与热态实验物料堆比重相近的小米和硅胶珠为冷态实验物料,在矩形错流移动床中实验考察了床内颗粒流速分布随过床气速的变化规律,结果表明,理论预测与实验相符较好,基于此提出了矩形错流移动床床内颗粒流速分布的预测方法     

错流移动床的压降特性

在矩形移动床内考察了颗粒下移速度、颗粒堆积状态及空腔生成和长大发展过程等因素对压降的影响. 在错流气体速度为0.09~1.35 m/s、颗粒下移速度为0.95~9.68 cm/min的较大变化范围内进行了实验研究. 结果表明,颗粒下移速度对压降几乎没有影响;当错流气速足够大时移动床内将出现"空腔"和"贴壁"等现象,空腔的发展过程造成压降随时间出现稳定、微波脉动和大幅波动3种变化;欧根公式适用于低错流气速时的移动床压降;高错流气速下空腔出现了"生成-长大-塌落-流化"的循环变化过程. 在实验基础上建立了有空腔时的移动床压降模型,并对空腔尺寸进行了无因次关联,其床层压降的计算结果与实验值相符.     

矩形移动床径向反应器内颗粒贴壁现象分析

贴壁现象是制约移动床反应器操作弹性的瓶颈之一。在高度为1.3 m,宽度为0.3 m,厚度为0.04 m的矩形径向移动床冷模实验装置上考察了颗粒层的贴壁现象。记录了不同操作条件下贴壁与空腔现象产生的位置及形状大小,并测量了气体通过床层的压降。结果表明,随着表观气速的增加,贴壁层变厚,空腔变大,呈现为渐进型贴壁,而颗粒循环强度对贴壁与空腔现象无影响。通过力平衡分析建立了描述贴壁现象的数学模型,引入矫正因子对模型进行修正,模型计算值与实验值基本相符。     

径向移动床内贴壁和空腔现象研究进展

径向错流移动床内的空腔和贴壁现象是移动床内的不正常操作现象,贴壁的发生会直接导致死区的出现,而空腔的出现会增大径向气流沿轴向分布的不均匀性。本文针对这两种非正常现象综述了目前国内外的研究进展以及前人实验中的不足之处。欲建立空腔和贴壁现象更完整的理论体系,还需要更多科研工作者进行更深入的实验研究。     

气固错流移动颗粒床过滤器除尘效率

研究了气固错流移动颗粒床过滤器除尘效率与表观过滤气速、颗粒层移动速度、过滤气体粉尘含量的关系,并进一步探讨了粉尘在颗粒层内的沉积对除尘效果的影响.结果表明,颗粒层内粉尘沉积量较低时,沉积的粉尘有效地促进了颗粒层除尘效率的提高,但随粉尘沉积量增大,沉积粉尘的二次飞扬变得严重,其促进效应逐渐减小.在考虑了沉积粉尘对除尘效率影响和颗粒层内粉尘沉积不均匀性的基础上,基于捕集单元的收缩管模型,建立了计算移动颗粒层除尘效率和床层内粉尘沉积分布的数学模型.模型计算结果和实验数据比较表明,在操作气速0.1～0.3m•s^-1范围内,计算值与实验结果吻合较好.据此对除尘效率和床层内粉尘沉积的变化趋势进行了模拟分析.     

引入大颗粒助剂对径向移动床流动特性的影响

针对错流移动床存在的空腔和颗粒流动偏离平推流的不正常操作问题。在一套φ600 mm×1300 mm半圆锥形和柱形错流移动床大型冷模实验装置上,借助于大颗粒助剂的引入有效提高了错流移动床出现空腔的临界速度,解决了错流移动床操作弹性低的问题。理论分析和实验结果表明,混入适量的大颗粒助剂可使颗粒流动不均匀性得到明显改善。     

气固错流移动颗粒床过滤器压降特性研究

研究了错流移动颗粒床过滤器操作压降与过滤介质特性、表现过滤气速、颗粒层移动速度和床层粉尘沉积量之间的关系。结果表明，无粉尘沉积时，床层压降可以用Ergun方程计算。颗粒层移动速度的变化并不会造成床层压降的显著变化。除尘过程中，床层内粉尘沉积量随气体中粉尘浓度的增大、颗粒层移动速度的减小而增加，同时将导致床层压降的显著增大。错流移动床除尘操作压降可以用带修正项的Ergun方程计算，其修正项为比沉积率和颗粒层空欧率的函数。在实验数据范围内，该方程的计算结果与实验数据最大偏差小于15％。     

内构件对矩形移动床床内颗粒流动影响的试验研究

本文基于理论分析的结果,指出矩形移动床床深尺度是渐缩下料段对其上床层临界影响高度的关键因素,以此为指导思想,以海砂和小米两种物料为考察对象,通过内构件的设置实现了降低影响区域的床深尺度,从而大幅度降低临界影响高度的目的,同时指出理论关联式可较好地预测试验现象。     

渐缩下料段对其上矩形移动床内床层颗粒流动的影响

本文从Ｎｅｄｄｅｒｍａｎ等人的颗粒流动学基本理论出发，结合Ｐｏｌｄｅｒｍａｎ等人对渐缩下料段同颗粒流动分布的研究结果，建立了矩形移动床床内颗粒流动速度分布的关系式，提出了渐缩下料段对其上床层颗粒流动影响临界高度的概念，并分析了改变渐缩下料段几何形状及颗粒与渐缩下料段壁面的摩擦角等因素对临界高度的影响，以期为有效利用移动床提供指导。     

矩形错流移动床稠密气固两相流的实验和模拟

在实验基础上,采用欧拉双流体模型对矩形错流移动床中稠密气固两相流动进行了模拟,分析了矩形错流移动床的空腔、贴壁、两相速度、气相停留时间、压降等. 结果表明,气固两相流动受端部效应影响. 随表观气速增大,贴壁(约0.19 m/s)和空腔(约0.31 m/s)现象出现. 空腔随时间发生变化,而贴壁为渐进型,气速与空腔和贴壁的形状有关. 气速分布、空腔和贴壁使压降沿轴向呈反C形分布. 进料影响区、主体流动区和下料影响区压降比约为6:10:9. 随表观气速增大,气相停留时间减小,空腔尺寸增大,贴壁厚度先增大后不变,压降增大;而颗粒循环强度的影响不大     

错流移动床栅板型气体分布器结构探讨

以错流移动床百叶窗栅板型气体分布器为考察对象 ,以散料力学的基本理论为分析依据 ,对栅板上颗粒物料的外漏和内移现象进行了分析 ,建立了描述其发生临界条件的理论判据 ,计算表明与前人的实验结果相符较好。百叶窗气体分布器栅板结构设计的三参数 (倾角 θ,间距 d4 ,长度 d3)应满足如下条件 :θ≥ π2 - i2 + w2 -cos- 1sinwsini2 ,　 d4 /d3<( tgi+ tgθ) cosθ     

百叶窗气体分布器结构的设计准则

本文从散料力学的基本理论出发,分析了百叶窗型气体分布器发生漏料的两种可能性,并分别对它们建立了理论描述,最终获取了防止漏料发生的设计准则;同时以此为依据,以错流式移动床高温除尘器为设计对象,确定了其所使用的百叶窗气体分布器斜板设置的三个参数:斜板的倾角、长度和间距。其设计准则为: (1) (2)     

径向移动床气固流动特性数值模拟

应用计算颗粒流体力学(CPFD)方法对矩形与楔形结构径向移动床内气固两相流动规律进行数值模拟。考察了床型结构、料封高度等关键结构参数对径向移动床内气固两相流场分布的影响。通过优化移动床关键结构参数,改善径向移动床中出现的贴壁、空腔问题。结果表明,模拟结果与相应工况下的实验数据吻合较好,模型可以定性描述径向移动床内气固两相流动规律。楔形结构不但能够提高贴壁临界气速,减小贴壁区域厚度,缓解贴壁现象;而且能够有效减小窜气量,明显提高临界空腔气速,避免或者缓解空腔现象。料封高度是影响空腔现象形成的关键性因素之一,适当增加料封高度可以有效消除空腔现象,提高装置操作弹性和操作稳定性。     

柱形和锥形移动床中气体的扩散特性

采用脉冲氦气体示踪技术研究了柱形和锥形移动床中气相的扩散特性,并与实验结果进行对比. 结果表明,在主体流动区(0.110.89),柱形床会出现向下窜气的现象,而锥形床中向下窜气量降低40%~50%,气相径向流动更趋近平推流. 根据径向气流在柱形和锥形移动床内的流动特点,用实验数据回归了气体浓度分布的无量纲经验关联式,计算值与实验值吻合较好.