鼓泡床内气泡直径的分布

气泡的直径分布是决定鼓泡床反应器气液接触面积的重要参数，其轴向分布对鼓泡床反应器的设计和性能优化具有重要意义。喷嘴作为气体分布器的最小单元，对气体分布器的分布性能起决定性因素。本文考察了不同孔径喷嘴对鼓泡床内气泡分散的影响，结果表明，对于在孔口产生的小于最大稳态气泡直径ds的气泡，将稳定存在于床层内，而直径大于ds的气泡，将迅速破碎，最后形成近乎一致的气泡粒度分布，喷嘴的影响距离在21cm左右。     

超声场中鼓泡塔内气泡直径分布特征研究

利用自主研发的超声鼓泡塔和双电导探针气泡特征参数测量仪测定了不同频率组合下超声场辐射对鼓泡塔内气泡Sauter直径随表观气速和鼓泡塔径向及轴向位置的分布情况。实验结果表明,在距气体分布板轴向距离250 mm、塔中心处气泡Sauter直径由于超声作用而显著减小,最大减幅达55%;在超声场作用下随着表观气速增大,气泡Sauter直径呈增大趋势,当表观气速大于0.06 m/s时,气泡Sauter直径趋于不变;大气泡在塔中心区域聚集倾向明显,小气泡分布在塔壁面附近,气泡Sauter直径(在径向位置)呈现中心峰分布趋势;随着距气体分布板轴向距离增加,气泡Sauter直径增大,在多频混响声场中,气泡Sauter直径增速小于单频声场中增速,即在多频混响超声场中易形成小气泡。实验结果证实,超声场有利于减小气泡体积,增大气泡比表面积,这对于加强气液相间传质、提高传质效果会有显著作用。     

鼓泡塔反应器的两级气泡模型参数研究

为了研究鼓泡塔反应器两级气泡模型在高黏度下的适用性,采用动态气体逸出法,在内径为286 mm,总高为7 200 mm的鼓泡塔中考察了液体黏度(1.2×10-3—210.4×10-3Pa·s)和操作条件对塔内总气含率,大、小气泡相含率和大、小气泡上升速度等两级气泡模型参数的影响。结果表明:床层总气含率随表观气速的增加而增大,大气泡相含率受液体黏度的影响较小,受表观气速的影响较大;小气泡相含率随黏度的增加而迅速下降,在高气速时受表观气速的影响较小。大、小气泡上升速度均随液体黏度的增加而降低,但随表观气速的升高有着不同的变化关系:前者明显升高,后者略有降低。大气泡直径随着黏度增大而稍有增大,小气泡直径随着黏度增大急剧减小。     

鼓泡塔中气泡尺寸分布和局部气含率研究

在内径为0.38 m的鼓泡塔中采用双电导探针法对不同通气速率下的气泡尺寸分布和局部气含率进行了实验研究,分析了气泡尺寸的概率密度分布。结果表明:气泡尺寸随轴向高度的增加而增大,随径向距离增加而减小;鼓泡塔中气液流动可分为过渡流域和充分发展流域,在过渡流域气含率随轴向高度增加而增大,在充分发展流域气含率趋于均值,径向局部气含率分布呈抛物线型下降。高气速下气泡尺寸概率密度分布比低气速下宽,且随轴向高度的增加分布变宽。     

双组分颗粒鼓泡流化床内气泡形状参数

在二维双组分鼓泡床实验装置上,采用高速摄像技术,对床内气泡的形状特性进行了研究,考察了不同形状气泡在床内的轴径向分布,探索了颗粒组成和操作气速对气泡形状的影响。结果表明:不同形状的气泡在鼓泡床内呈正态分布,球形度较好的气泡主要分布于床层底部和壁面附近,而细长的气泡则主要集中于床层中心区域。随着气体速率的增加,气泡的球形度和宽纵比降低,气泡形状趋于细长和不规则;随着重组分增加,气泡的球形度增大而宽纵比减小。双组分颗粒鼓泡流化床内气泡球形度的概率密度较单组分的分布更宽,而宽纵比的概率密度分布与添加的颗粒密度有关。     

SEBS高黏度溶液气液鼓泡塔的流体力学研究

针对SBS加氢反应器开发与设计,以SEBS-1650己烷溶液为液相,采用差压法和床层塌落法研究了气液鼓泡塔中高黏度溶液的流体力学行为,考察了黏度对低表面张力溶液的气含率、大小气泡气含率、大小气泡上升速度和比表面积等因素的影响。结果表明,随黏度增加,大气泡增多,气含率明显降低,塔内流型处于湍流区;由床层塌落曲线确定鼓泡塔内存在三种类型的气泡：大气泡、小气泡及细小气泡,随黏度增加,小气泡与细小气泡逐渐减少;黏度对大小气泡的上升速度略有影响,比表面积随黏度增加而明显降低。根据实验结果给出了大小气泡气含率与平均气含率的计算公式。     

基于EMMS模型的气固鼓泡床的模拟及气泡特性的分析

基于EMMS曳力模型,采用双流体的方法对气固鼓泡床内的气固流动特性进行模拟,建立基于图像处理气泡特性的分析方法,重点研究了不同表观气速下气泡在床层内分布特性,包括气泡平均当量直径、气泡速度和气泡球形度的轴向分布,以及气泡的生命周期。研究结果表明,小气泡多集中在床层底部和壁面区域,而大气泡多集中在床层中间区域。随着表观气速的增加,床层高度不断增加,气泡的球形度降低,气泡的大小、出现频率、上升速度以及生命周期均增加;然而,当表观气速增大到一定程度,继续增加气速对气泡的上升速度影响不大。     

鼓泡床中的气泡尺寸分布

根据气泡聚并和破裂速率模型,提出一个描述鼓泡床中气泡尺寸分布的总体平衡(Population Balance)模型。该模型可预计鼓泡床中气泡尺寸分布随床高的变化。对空气-水体系的模拟结果与实测结果吻合较好。     

散射管气体鼓泡塔流场分布特性及优化

鼓泡塔因其较好的气-液传质性能具有高污染物脱除效率,被广泛应用于生物化工和烟气处理等领域。鼓泡塔散射管气体分布器的几何尺寸和结构是影响相间传质效率的关键因素,优化塔内流场对于提高鼓泡塔内气-液两相间的传质效率至关重要。采用Fluent软件对有内构件散射管横向进气口式的鼓泡塔进行模拟研究,基于双流体方法和群体平衡模型(PBM)模型对鼓泡塔三维建模,采用一阶迎风差分格式离散,使用Phase Coupled Simple算法进行压力速度耦合。研究了散射管所在圆环直径d分别为0. 375D、0. 5D、0. 625D、0. 75D时(D为鼓泡塔直径),散射管进气口的布置对整体和局部气含率、液速和气泡尺寸等的影响。研究结果表明,随着散射管分布环直径的增大,整体气含率先增大后减少,平均气泡直径先减小后增大;当散射管所在圆环直径d=0. 5D时,鼓泡塔整体气含率和液相循环速度最大,平均气泡直径最小,鼓泡塔流场综合性能最好。     

静电效应对有无埋管气固鼓泡床内气泡特性的影响分析

采用基于双流体模型(TFM)耦合静电模型的方法,研究颗粒的静电对有无埋管气固鼓泡床内气固流动特性和气泡特性的影响。首先在无静电场存在的条件下,利用双流体模型对自由鼓泡床和埋管鼓泡床内的流动情况进行模拟并与实验结果进行对比;进一步耦合静电模型,考察静电对自由鼓泡床和埋管鼓泡床内床层的整体性质和气泡特性的影响。研究结果表明,在无静电场条件下采用双流体模型能较好地预测自由鼓泡床和埋管鼓泡床内的气固流动状况以及气泡的平均直径和气泡的上升速度。埋管的存在使鼓泡床内气固流动发生强烈扰动,并使气泡的平均直径和气泡的上升速度均呈振荡分布。静电的存在对自由鼓泡床和埋管鼓泡床内床层的平均固含率影响不大,但对气泡分布规律影响较大,使得自由鼓泡床内气泡数目减少,而埋管鼓泡床下部区域的气泡分布比较集中,上部有大气泡出现。     

射流鼓泡反应器中液相体积传质系数的测定

羰基合成反应一般采用射流鼓泡反应器,该类反应器气液混合的方式采用射流而非机械搅拌,其主要优点是结构简单、制作简便、维护费用低。研究该类型反应器的传质系数对于其设计、优化及放大操作均具有重要意义。本研究采用缩颈式圆形喷嘴,以动态溶氧法对射流鼓泡反应器内的液相体积传质系数进行测定,考察了表观气速、射流雷诺数对液相体积传质系数的影响。研究发现,随气速增大液相体积传质系数的变化规律为先增大而后保持不变。维持表观气速不变,随雷诺数增加液相体积传质系数增大,但当表观气速小于0.0012 m/s时,雷诺数对传质改善较小。建立了液相体积传质系数的经验关联式,当气体输入功率占总功率56%时,液相体积传质系数最大,气体鼓泡和液体射流的协同作用最强。     

气泡在颗粒床层表面的生成脱离行为

试验研究了气泡在颗粒床层表面的生成脱离过程及其行为特性,利用高速摄像技术揭示了进气管管径、颗粒床层高度、颗粒粒径等因素对气泡脱离直径及其生成周期的影响规律,对比分析了颗粒床层表面和进气管管口的气泡生成脱离行为差异。研究结果表明：在1500～3000μm粒径范围的床层表面所生成气泡的初始形态相对更扁小,气泡也更快向扁平状演变;颗粒粒径的增大使得进气流量对气泡形态的影响减弱;管径和颗粒床层高度的增大可以有效促进气泡脱离直径的增长,但延缓了气泡的生成脱离,增加了气泡的生成周期;颗粒粒径对气泡生成周期的影响随着进气流量的增大而逐渐减弱;气泡在颗粒床层表面和管口的生成脱离行为存在显著差异,相比之下,150～300μm粒径范围的颗粒床层对气泡的生成脱离具有更明显的阻碍作用,其表面所生成气泡的脱离直径和生成周期相对较大。     

地沟油生物柴油在旋流喷嘴中的雾化实验及模拟

对地沟油生物柴油在旋流雾化喷嘴中的内部流场及外部流场进行数值模拟,考察了喷嘴孔径、旋流芯螺距、螺柱槽道横截面积和槽道形状等结构参数对出口雾化速度及索特平均直径的影响,通过实验对模型进行了验证。结果表明,0.7 mm孔径的喷嘴的韦伯数最大,索特平均直径与雾化锥角最优。螺距4 mm的喷嘴雾化特性最优,旋流芯螺距越小,流体在喷嘴内旋流次数越多,阻力损失越大,流体在切向分量上速度越大。梯形槽道的雾化效果最好,相同横截面积下槽道的水力直径越大,雾化效果越好;截面积1 mm2槽道的喷嘴最优,槽道横截面积越小,流体在槽道中的湍流程度越大,流体内部剪切应力越大,液体表面不稳定波急剧增大。     

不同管口浸没方式下气泡生成行为特性

对三种管口浸没方式下气泡生成行为过程进行可视化实验和三维数值模拟。对比分析了管口浸没方式、管口直径、气体流量等因素对气泡生成形态、气泡脱离直径、气泡膨胀脱离时间以及气液流场速度的影响。实验与数值模拟取得较为一致的结果。研究发现,气泡生成过程可分为单气泡生成和双气泡生成聚并两种模式,两者之间存在明显的气泡脱离形态转折点;三种管口浸没方式下,气泡脱离直径均随着管径和气体流量的增大而增大;气泡膨胀脱离时间随管径的增大而增加,而随气体流量的增加先急剧下降然后趋于平缓;在底吹和侧吹方式下,气泡长短轴比C值分别在0.75和1.1附近波动,其最终脱离形式均接近于球形;而顶吹方式下,C值在1.5附近波动,气泡脱离形态为椭球形。     

熔体静电纺丝中电极结构对电场和纤维的影响

采用Ansys数值模拟方法,建立了电场分析的有限元模型,研究了电极结构不同时的电场分布及其对纤维直径的影响,以及电压大小对纤维直径的影响。并进行了实验对照分析,发现电极结构包括圆板电极和圆环电极影响熔体静电纺丝的电场分布,但场强最大都出现在喷嘴处,并随接收距离的增大成不同趋势减小,但中空电极能集聚电场,稳定场强,获得更细的纤维。     

Experimental investigation on bubbling behavior in anode channel of passive DMFC

将被动式DMFC阳极通道内气泡形成过程简化为CO₂气体注入充满静态甲醇溶液中形成气泡的过程。利用可视化实验研究了气体垂直注入静态甲醇溶液中形成气泡以及气泡脱离的过程,考察了气体流量、液层高度、孔径大小、甲醇浓度对气泡形成及长大脱离过程的影响。结果表明：在气泡的生长过程中,接触角先是快速下降后又迅速上升,然后趋于稳定值直到脱离。随着气体流量的增加,脱离时气泡的直径变化甚微,脱离时间先下降较快后趋于稳定。随着液层高度的增加,气泡的脱离直径变小,产生的频率加快,脱离时间先是减小后趋于稳定;气体流量在此条件下对脱离时间的影响减弱。随着孔径的增加,气泡的脱离直径增加,产生气泡的频率减慢,气泡的脱离时间减小。随着甲醇浓度的增加,气泡的脱离直径变小且波动明显,气泡产生的频率变快,脱离时间先是减小后趋于稳定,对低浓度的溶液影响较为明显。     

Clusters identification and characterization in a gas–solid fluidized bed by the wavelet analysis

The local solid flow structure of the bubbling fluidized bed of sand particles was investigated in order to identify and characterize the clusters. Extensive experiments were carried out using an optical fibre probe, measuring the velocity and the diameter of clusters. Under all operating conditions, ascending and descending clusters co‐existed at all measurement locations. The locus of the inversion point at which the directions of cluster motion changed was determined. The velocity of the ascending clusters was a function of both superficial gas velocity and the radial and axial position. With increasing superficial gas velocity, both the velocity and the diameter of ascending clusters decreased near the wall. However, the velocity of descending clusters depended mainly on superficial gas velocity and the largest clusters existed closer to the wall. The results of this study help to explain cluster hydrodynamics in fluidized beds.     

喷嘴结构对射流鼓泡反应器混合和传质性能的影响

喷嘴结构对射流鼓泡反应器的混合和传质性能具有重要的影响。以空气-水作为模拟介质,使用双探头电导探针、电解质示踪法和动态溶氧法,对比研究了缩径式圆形喷嘴和旋扭三角形喷嘴对射流鼓泡反应器中气泡尺寸分布、平均气含率、液相混合时间和气液传质系数的影响规律。实验发现,随着气速或液体射流Reynolds数的增大,两种喷嘴对应的平均气含率、液相混合时间和气液传质系数具有相同的变化规律;与缩径式圆形喷嘴相比,采用旋扭三角形喷嘴的射流鼓泡反应器中气泡尺寸更小,平均气含率更高,宏观混合时间更短;当气体输入功占总输入功比例超过20%时,喷嘴结构对气液传质系数的影响较小,当气体输入功占总输入功比例小于20%时,旋扭三角形喷嘴的气液传质性能优于缩径式圆形喷嘴。研究结果可为工业射流鼓泡反应器喷嘴结构的优化提供理论指导。