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。     

快速流化床中颗粒浓度及颗粒速度的径向分布

本文在φ140mm的气固并流下行快速流化床中,研究了颗粒浓度及颗粒速度的径向分布随操作气速、颗粒循环速率以及床层轴向位置的变化规律。并探讨了颗粒质量通量的径向分布及颗粒流动的均匀性,表明在相同操作条件下,下行快速流化床中气固流动远比上行快速流化床均匀。     

用压差变化阈值确定外循环流化床的起始外循环流化速度

起始外循环流化速度是影响气液固外循环流化床正常操作的重要参数之一。提出了以流化床内压差随表观液速的变化阈值来确定流化床起始外循环流化速度的方法。通过实验研究,考察了颗粒直径、颗粒体积分率和表观气速等操作参数,对强制循环条件下流化床起始外循环流化速度的影响。结果表明,液固流化床起始外循环流化速度远大于单个颗粒终端速度,与颗粒体积分率、颗粒平均直径成正比;强制循环时,颗粒体积分率较小的情况下,加入气体后的起始外循环流化速度比液固两相起始外循环流化速度要大,颗粒体积分率较大时,几乎与液固两相相同。     

鼓泡床取热器流动特性的数值模拟

应用计算颗粒流体力学(CPFD)方法,采用点源注射的进气方式对气固鼓泡流化床取热器内流动特性进行数值模拟。考察不同气速下床层膨胀高度、轴径向时均固含率分布、颗粒轴向速度分布及床层颗粒内循环流率的分布。模拟结果与实验数据吻合较好,表明该模型可以用于描述鼓泡流化床取热器内气固两相的流动规律。     

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.     

鼓泡流化床内高灰煤气化过程的颗粒尺度特性研究

基于多相流体质点网格方法(MP-PIC)对高灰煤在三维鼓泡流化床气化过程进行了数值模拟研究。在欧拉-拉格朗日框架下将气相和固相分别视作连续介质和离散相处理。首先,将模拟得到的出口处气体组分结果与实验数据进行对比,实验数据与模拟结果具有良好的一致性。其次,研究了煤颗粒在气化炉内的温度、传热系数、速度和停留时间,从颗粒尺度揭示了鼓泡流化床气化炉内的颗粒分布特性和气固流动特征。结果表明:在气化炉入口附近煤颗粒与床层温差最大,传热系数最大;由于流化床内强非线性的气固流动,床中煤温度和传热系数的空间分布不均匀;煤颗粒和床料的瞬时速度具有稳定的波动幅度,其中垂直方向速度波动最明显,且煤颗粒的瞬时速度比床料的瞬时速度略大;由于颗粒间的剧烈碰撞,延长了煤颗粒停留时间。此外,对鼓泡流化床中煤气化过程颗粒尺度的研究,有助于深入了解固体颗粒的流动行为以及气固相相互作用特性,对鼓泡流化床反应器的设计优化具有重要意义。     

低温振动流化床气固传热的实验研究

在低温粉碎工程中,振动流化床常用于固体颗粒的预冷。为了深入认识振动流化床低温下气固传热的特性,本文介绍了不同的振幅,气流速度和料层厚度下低温实验的结果,通过分析实验结果首次得到了振动流化床中低温气固的传热关联式与普通流化床相比,由于引入了振动,振动流化床气固传热换热系数大幅度提高。     

基于机器学习的气固流化床最小流化速度预测

气固流化床以其高效、可灵活操作等优点广泛应用于煤化工、煤燃烧和煤炭分选等领域。最小流化速度作为气固流化床最主要的操作参数之一,与流化床的操作设计紧密相关。现有的最小流化速度预测模型大多为经验或半经验公式,其准确性和便捷性还存在较大问题。为准确预测气固流化床最小流化速度,基于机器学习建立气固流化床最小流化速度预测模型,并探索模型的内部信息。从颗粒性质与设备条件等方面综合考虑,研究气固流化床的最小流化速度,以系统评估对最小流化速度的综合影响。采用随机森林模型验证了其预测最小流化速度的可行性,并考察了设备参数、颗粒密度和颗粒粒度3个影响因素在预测最小流化速度时的相对重要性。结果表明,最小流化速度与颗粒粒径、颗粒密度和床体直径均呈正相关,皮尔逊相关系数分别为0.79、0.31、0.14,颗粒粒径与最小流化速度相关性最强。随机森林能够根据颗粒性质(密度、粒度)与床体直径准确预测最小流化速度,模型的决定系数达到0.875。特征相关性分析揭示了各特征因素对目标变量的影响方式,颗粒粒度与最小流化速度相关性最强,为预测气固流化床最小流化速度提供借鉴。     

循环流态化：（Ⅲ）气,固流动模型

根据气、固两相流动的基本特征,循环流态化气、固两相流动模型可分为局部流动结构模型及整体流动结构模型两类。局部流动结构模型主要描述床内稀相及絮状物相的局部分布及变化,而整体流动结构模型主要描述床中空隙率。颗粒速度以及气体速度轴、径向分布及变化,其中根据实用层次不同,整体流动结构模型可分为一维、一维两区及两维模型。本文对循环流态化气、固流动模型进行了分类评述,供循环流化床反应器设计时参考。     

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.     

快速流化床平均空隙率的计算

本文综合分析了文献报道的实验数据,利用快速流态化气固两通道流动模型较好地预测了床层平均空隙率随操作条件及气固物性的变化规律。为了便于工业设计,同时整理得到了床层平均空隙率的经验公式。 与实验值相比,上式平均相对偏差小于±2.4％。     

低密度循环流化床局部颗粒速度的轴径向分布的研究

在高8m,内径186mm的循环流化床中,利用光纤激光多普勒测速仪测量了FCC颗粒的局部速度沿轴径向的分布。实验结果表明:局部颗粒速度沿径向分布是不均匀的,床中心区域分布比较平坦,近壁环形区域分布较陡,颗粒沿轴向运动有较长的加速段。由实验数据回归得到预测低密度循环流化床局部颗粒速度的经验关联式。     

Hydrodynamics of Geldart group A particles in gas-solid fluidized beds

Geldart group A particles were fluidized in a 10 cm i.d.×1.8 m high Plexiglas-made bed with ambient air to determine the hydrodynamic properties in a gas-solid fluidized bed. The effects of static bed heights, position of pressure measuring points, differential and absolute pressure fluctuations on the hydrodynamic behavior of a Geldart group A particles in a gas-solid fluidized bed were investigated. The particles used in this study were 80 micrometer FCC powders and 60 micrometer glass beads. The variance of pressure fluctuations was used to find the minimum bubbling velocity. The obtained minimum bubbling velocity was compared with the other methods available in the literature. This method was found to be much easier and had better data reproducibility than the classical visual method or sedimentation method. The variance of pressure fluctuations increased due to the increase of superficial gas velocity and static bed height. The obtained minimum bubbling velocity and pressure fluctuations were found to depend on the measuring position along the axial direction. The effect of measuring position was discussed. Cross-correlation of two pressure signals was used to find the delay time, then the bubble rising velocity.     

Numerical simulation of gas-particle flow with a second-order moment method in bubbling fluidized beds

Flow behavior of gas and particles is performed by means of gas-solid two-fluid model with the second-order moment model of particles in the bubbling fluidized bed. The distributions of velocity and moments of particles are predicted in the bubbling fluidized beds. Predictions are compared with experimental data measured by Jung et al. (2005) in a bubbling fluidized bed and Patil et al. (2005) experiments in a bubbling fluidized bed with a jet. The simulated second-order moment in the vertical direction is on average 1.5-2.3 times larger than that in the lateral direction in the bubbling fluidized bed (Jung et al., 2005). For a bubbling fluidized bed with a jet, the ratio of normal second-order moment in the vertical direction to in the lateral direction is in the range of 0.5-2.5 (Patil et al., 2005). The bubblelike Reynolds normal stresses per unit bulk density used by Gidaspow et al. (2002) are computed from the simulated hydrodynamic velocities. The simulated bubblelike Reynolds normal stresses in the vertical direction is on average 4.5-6.0 times larger than that in the lateral direction in the bubbling fluidized bed (Jung et al., 2005). The predictions are in agreement with experimental second-order moments measured by Jung et al. (2005) and porosity measured by Patil et al. (2005).     

循环流化床中C类颗粒连续干燥的研究

循环流化床(CFB)作为一种新兴反应器,其结构简单、气固接触效率高、处理量大,成为气固二相干燥应用研究的新方向.文中在自建的循环流化床(内径0.104 m×高2.35 m)内,以玉米淀粉(dp=8 μm,ρp=800 kg/m3)为C类颗粒,进行了连续干燥.实验初步研究了进料速率、进风温度及气速等操作参数对淀粉平均停留...     

小波分析在气固流化床中颗粒碰撞压力信号分析中的应用

颗粒碰撞压力的大小和频率会严重影响气固流化床中内部构件及其支撑部件等的磨蚀情况和使用寿命,是设计流化床中内部构件及其支撑部件的关键因素之一。采用膜式压力应变传感器、多通道数据采集仪测定不同颗粒在操作流速0.262 1~0.524 2 m/s浓相区内不同轴向、径向位置处的颗粒碰撞压力信号,通过小波分析和相空间重构分析,揭示颗粒和气泡对颗粒碰撞压力的影响和气固流化床中内部构件的影响。     

快速流化床颗粒团絮特征的MP-PIC数值模拟

为了研究快速流化床颗粒的团絮特征,建立了基于多相质点网格法的快速流化床气固多相流三维数理模型,气相场采用大涡湍流模型,通过求解牛顿运动方程得到颗粒相运动信息,气固间相互作用力采用Gidaspow曳力模型,固体间作用力通过计算颗粒应力梯度得到。基于该模型,对三维快速流化床上升管（H=3 m、d=0.1 m）气固流动开展了数值模拟,并与实验进行了校正,研究了在气速工况U_g=5.28 m·s^-1下的颗粒（ρ_p=2650 kg·m^-3、d_p=250 mm）团絮性质,实现了对上升管内颗粒团絮的基本类型（条形团絮、马鞍形团絮、U形团絮）的成功预测,并揭示了不同类型团絮在上升管内形成、发展、聚并直至破碎的演化规律。结果表明,上升管径向颗粒团絮的平均颗粒浓度分布呈现中间低两边高的环核结构,颗粒团絮速度的分布与其相反;随着轴向高度的增加,颗粒团絮的颗粒浓度逐渐降低而速度逐渐增加,但达到一定高度后变化减缓。     

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。