气固流化床中双组分混合颗粒的流态化特性

在一套φ500 mm×12500 mm大型有机玻璃冷模实验装置中,采用FXC-П/32型压力巡检仪测量了双组分混合颗粒体系沿流化床轴向的颗粒浓度分布,采用容积法测量了不同操作条件下自由空域内双组分混合颗粒的饱和夹带量,并根据稀相空间的轴向颗粒浓度获得了双组分混合颗粒的输送分离高度(TDH)。实验结果表明：混合颗粒在密相床的平均空隙率在小颗粒质量分数为0.4时存在一最小值;双组分混合颗粒的TDH随表观气速的增加而增大,随小颗粒质量分数的增加也增大。在自由空域内双组分混合颗粒的饱和夹带量随表观气速的增加而增加,当表观气速小于0.6 m•s^-1时,随表观气速增加明显;当表观气速大于0.6 m•s^-1时,增加趋势减缓。而当表观气速小于0.5 m•s^-1时,双组分混合颗粒的饱和夹带量随小颗粒质量分数增加,变化趋势不明显;当表观气速大于0.5 m•s^-1时,则随小颗粒质量分数的增加而增大明显。通过对实验结果的分析,建立了双组分混合颗粒TDH的数学模型,模型值与实验值吻合较好。     

高密度下行床-提升管耦合反应器内的气固流动行为

在新提出并建立的“下行床-提升管”耦合循环流化床装置上进行了实验研究,研究结果表明,与提高一次风率相比,提高二次风率（二次风与一、二次风之和的比值）,有利于提高颗粒循环量.当颗粒循环量达到400 kg•m^-2•s^-1时,第一提升管出口处的固含超过了20％,此时下行床内充分发展段的固含超过了5.5％,即高浓度颗粒充满了整个循环流化床系统,并且第一提升管内的颗粒径向浓度分布趋于均匀.     

循环流化床中颗粒旋转特性

利用由高速数字摄影设备及大功率激光构成的测试系统在一截面为200 mm×200 mm、高为4 m的冷态循环流化床实验台上进行了床内颗粒旋转特性的实验研究.对在距布风板3.54 m高度的稀相区的1/4截面内13个测试点拍摄获得的图像序列利用Matlab、PhotoShop和ACDSee软件进行分析处理,采用人工直接判别获得颗粒转速,用双帧频验证法进行颗粒转速校验.结果表明：循环流化床气固两相流中固相颗粒普遍存在旋转现象,截面边壁区内的颗粒平均转速高于中心区域;粒径小或径向速度大的颗粒,其平均转速较大,反之亦然;不规则颗粒的平均转速明显高于球[JP2]形颗粒;当空截面气体速度V_g=5 m•s^-1,固体质量循环流率G_s=1.5 kg•m^-2•s^-1,玻璃珠颗粒平均粒径d_p=0.5 mm时,颗粒转速最高可达2000 r•s^-1,平均转速300 r•s^-1.     

高密度下行床反应器的流体力学特性

在一套内径为80 mm,高5.6 m的新型下行循环流化床内,以硅胶、FCC催化剂以及玻璃珠等颗粒为实验物料,在颗粒循环流率最高达600 kg•m^-2•s^-1,床层颗粒平均浓度达14%的条件下,进行了低气速、高浓度下行床内气固流动特性的研究.实验结果表明：高浓度下颗粒浓度的波动特性与低密度的有所差异.在低浓度操作条件下,颗粒浓度的概率分布曲线为单峰,而在高浓度下,概率密度分布曲线近似为水平直线;床层颗粒浓度随固体颗粒循环流率的增加而提高,颗粒直径及密度小的物料容易达到高的床层浓度,密度大而流动性好的物料容易达到高的颗粒循环流率;在低密度操作条件下,下行床内气固沿轴向流动过程可分为两个区域：加速区以及恒速区;而在高浓度操作条件下,可分为3个区域：加速区、恒速区以及出口受限区.     

负压差立管内的气固两相流

在φ800 mm×12000 mm流化床实验装置上对150 mm×11500 mm负压差立管内气固两相流的轴向压力、空隙率和气体流动特性进行了测量和分析.立管出口无约束淹没在密相流化床内,颗粒质量流率范围G_s<1200 kg&#8226;m^-2&#8226;s^-1.立管内气固两相流态有两种存在形式,当颗粒质量流率G_s<200～250 kg&#8226;m^-2&#8226;s^-1时,流态是稀密两相共存形式;当G_s>200～250 kg&#8226;m^-2&#8226;s^-1时,流态是浓相输送流态.两种流态之间可以相互转换,主要取决于颗粒质量流率的变化.影响立管内气固两相流的轴向压力、空隙率分布、气相的流动特性和气固流态存在形式的主要参数是颗粒质量流率G_s、旋风分离器入口速度V_i、下端流化床流化速度u_f,质量流率G_s是主要的影响因素.     

串行流化床内气固流动控制

针对化学链燃烧分离CO₂技术特点,在一串行流化床（循环床+喷动床）冷态实验装置上,以CaSO₄载氧体为实验原料（d_p= 0.6 mm）,研究串行流化床气固流动特性。基于床内压力分布特征,提出将循环床（空气反应器）沿床高方向划分为鼓泡段和快速流化段2个流型区域,将喷动床（燃料反应器）沿床高方向划分为喷动段、鼓泡段和悬浮段3个流型区域,得出串行流化床内气固流动控制机理。研究并考察了循环床流化风速度、喷动床喷动风速度对串行流化床内反应器间（空气反应器和燃料反应器）气体串混、颗粒循环速率以及床层压降的影响。研究结果表明,流化风是床内颗粒循环的驱动力,流化风速度应控制在 3.77～4.05 m·s^-1;喷动风速度对床内颗粒循环以及系统稳定运行起着关键作用,建议将喷动风速度控制在0.42～0.56 m·s^-1。     

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&#8226;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.     

纳米制冷剂管内流动沸腾换热特性

研究了CuO-R113纳米制冷剂在水平直光管内的流动沸腾换热特性。实验测试段长度1.5 m、外径9.52 mm。实验工况的质量流率为100～200 kg&#8226;m^-2&#8226;s^-1,热通量为3.08～6.16 kW&#8226;m^-2, 入口干度为0.2～0.7,纳米颗粒质量分数为0～0.5%。结果表明：CuO-R113纳米制冷剂的传热系数高于纯R113制冷剂的传热系数。纳米颗粒的加入,强化了制冷剂管内流动沸腾换热。质量流率为100、150、200 kg&#8226;m^-2&#8226;s^-1的情况下,传热系数分别最大提高了29.7%、22.7%、25.6%。     

一种复合二氧化钛大孔共聚物的合成及其在扩张床吸附中的应用(Ⅱ)扩张和流体混合性能以及吸附性能

利用GET共聚物骨架结构中的环氧基与二乙胺反应得到的阴离子交换层析介质DEAE-GET,考察了该介质在扩张床STREAMLINE 25中不同黏度和流速对扩张性能和流体混合性能的影响,结果表明DEAE-GET在STREAMLINE 25中的扩张行为服从Richardson-Zaki方程.在研究的范围内,随着流体黏度和流速（100～500 cm&#8226;h^-1）的增加,理论塔板数和Bodenstein数逐渐减小,轴向混合系数逐渐增加;扩张床中的轴向混合系数很小（10^-6～10^-5 m²&#8226;s^-1）,表明柱内流体以近似平推流流动.在静态条件下DEAE-GET对牛血清白蛋白（BSA）的饱和吸附量为43.0 mg&#8226;ml^-1.同时比较了DEAE-GET与STREAMLINE DEAE分别在固定床和扩张床中对BSA的穿透曲线,发现都比较接近,DEAE-GET在固定床和扩张床中对BSA的最大吸附量分别为28.0 mg&#8226;ml^-1和26.2 mg&#8226;ml^-1.     

流化床密相区颗粒扩散系数的CFD数值预测

应用离散颗粒模型直观获得颗粒运动情况,并从单个颗粒和气泡作用的角度分析颗粒运动和混合,证实气泡在床层中上升、在床层表面爆破以及气泡上升引起的乳化相下沉运动对颗粒混合起关键作用。应用基于颗粒动理学的双流体模型系统地对床宽分别为0.2、0.4、0.8 m的二维流化床在鼓泡区和湍动区的气固两相流动行为进行数值模拟。受离散颗粒模型启发,在双流体模型计算结果基础上,引入理想示踪粒子技术计算床内平均颗粒扩散系数。计算结果表明,颗粒横向扩散系数(D_x)总体上随流化风速增大而增大,但受床体尺寸影响较大;颗粒轴向扩散系数随流化风速增大而增大,受床体尺寸影响较弱。文献报道的密相区颗粒横向扩散系数分布在10^-4～10^-1 m²·s^-1数量级。本文提出的计算方法在数量级上与文献实验结果吻合,表明在大尺寸流化床且高流化风速下,颗粒横向扩散系数远大于小尺寸鼓泡流化床,为不同研究者实验结果的分歧提供了理论依据,也为预测大型流化床内颗粒扩散速率提供了放大策略。     

快速流化床提升管中气固流动行为的非线性分析

对φ100mm×16m、FCC固体颗粒的快速流化床提升管内环-核流动区局部颗粒含量脉动行为进行了非线性分析,用Kolmogorov熵表征了其气固流动行为.结果表明,Kolmogorov熵沿提升管环-核流动区径向有3个显著变化区域,以此为依据将提升管环-核流动区的气固流动行为沿径向分成3个流域：单颗粒随机运动控制的核心流域;单颗粒混沌控制的过渡流域;边壁控制的环形流域.同时,从颗粒对垂直气固流动系统中气固湍动程度影响的角度,解释了Kolmogorov熵的径向分布特征及其与流动结构的关系.     

Experimental study of high-density gas-solids flow in a new coupled circulating fluidized bed

Experiments were carried out in a specially designed high-density coupled circulating fluidized bed system. Fluidized catalytic cracking (FCC) particles (ρ_p=1300 kg/m³, d_p=69 μm) were used. When the solids circulation flux is 400 kg/m²·s, the apparent solids holdup exceeds 20% near the top of the riser A, and the volumetric solids fraction (apparent solids holdup) is larger than 5.2% in the fully developed region of the downer. Hence, a high particle suspension density covers the entire coupled CFB system. Under the high-density conditions, the primary air rate had a small influence on the solids circulation flux, while the secondary air rate had an important effect on it. The results indicate a particle acceleration region and a fully developed region were identified along the downer from the pressure gradient profiles. In the fully developed region of the downer, the volumetric solids fraction increases with increasing solids circulation flux or decreasing superficial gas velocity U₁.     

Flow behaviors in the downer of a large-scale triple-bed combined circulating fluidized bed system with high solids mass fluxes

The flow behaviors in the downer of a large-scale triple-bed circulating fluidized bed (TBCFB) gasifier cold model, which is composed of a downer (Φ 0.1 m×6.5 m), a bubbling fluidized bed (BFB, 0.75×0.27×3.4 m³), a riser (Φ 0.1 m×16.6 m) and a gas-sealing bed (GSB, Φ 0.158 m×5 m), were investigated. Sand particles with a density of 2600 kg/m³ and an average particle size of 128 μm were used as bed materials. Solids mass fluxes were in the range 113–524 kg/m² s. Average solids holdup in the developed region of the downer increased with increasing solids mass flux. The gas seal between the riser and the downer had a large effect on the solids holdup distribution in the downer. Compared with the solids holdup in the riser, a relatively low solids holdup was formed in the downer even at high solids loadings. A pressure balance model was set up to predict the solids mass flux for this TBCFB system. It was found that the static bed height in the GSB had a great effect on the solids mass flux. The possibilities of achieving a high density solids holdup in a downer were discussed.     

气-液-固三相循环流化床局部相含率分布

应用自行开发的微电导探针测试技术,以玻璃珠(d_p=0.48 mm, ρ_s=2460 kg&#8226;m^-3)和苯乙烯颗粒(d_p=1.45mm,ρ_s=1264 kg&#8226;m^-3)为固相,空气为气相,水及0.05%、0.20% (质量)SCMC(羧甲基纤维素钠)水溶液为液相,对三相循环流化床(TCFB)的各相局部含率进行了同时测定.考察了不同表观液体速度、辅助液体速度、液体黏度及颗粒密度对局部相含率轴径向分布的影响. 在不同操作条件下,获得了1286套局部相含率实验数据. 给出了局部固含率和局部气含率与操作条件、流体物性及床层轴径向位置的关联式,关联式的计算值与实验值吻合较好.     

气液固三相流化床局部相含率轴径向分布

应用开发的微电导探针测试技术,对小尺寸颗粒玻璃珠（粒径分别为0.48、0.80、1.25 mm）和1.45 mm苯乙烯树脂为固相,空气和水分别为气相和液相的三相流化床的各相局部含率进行了同时测定.在较宽操作条件下,获得了一系列局部相含率实验数据.通过对实验数据研究发现：在充分发展段,局部固含率在r/R=0.75～0.85范围内有一个极大值,床层截面平均气含率随表观液速的变化存在一个极小值.在气体分布器区,在距气体分布器轴向一定距离范围内,三相局部含率的径向分布存在明显的不对称分布.随着轴向距离的增加,局部气含率径向不对称分布逐渐消失,最终过渡到对称分布,而局部固含率的径向不对称分布消失得不明显.     

A transient method for characterizing flow regimes in a circulating fluid bed

In recent years, although an increasing number of literature have been devoted to circulating fluidized bed (CFB), the prediction of velocities over which different fluidization regimes exist is still difficult. In this study, a transient method was applied which readily allows one to identify operational features and critical transitions. The method is based on stopping the solids flow rate into the riser when riser is operating in fully dense transport regime. The analysis of transient pressure drop data across the riser during a solids flow cut-off experiment against its time derivative demonstrate the three distinct operating regimes that exist as the gas deplete the solid out of the riser. The transient was compared to data taken under steady state operations using statistically designed experiments. Results indicated that although there were significant differences when comparing operations in dilute conditions, there were no significant differences between the two methods in the fast fluidized and dense transport regimes. The transient method was capable of reproducing the solids circulation dependence on riser solids holdup and on the axial pressure profile. This transient method offers an accurate, easy, rapid, and reproducible means of characterizing CFB operations over a wide range of flow conditions. The lack of accuracy in the dilute regime is conjectured to be due to the wide particle size distribution that resulted in segregation during the transient testing.     

流化床中甲烷催化裂解制备碳纳米管和氢气

利用高活性的纳米Ni/Cu/Al₂O₃催化剂,在流化床反应器中研究了CH₄裂解制备碳纳米管与H₂的过程.CH₄的转化率受流化床中的操作条件（温度、空速、气速及升温速率等）影响,碳纳米管的形貌也受过程的升温速率影响.在低升温速率下,能够同时得到较高的CH₄转化率与形貌较好的碳纳米管.而且采用低的升温速率,可以在流化床（提供碳纳米管生长的自由空间）中连续生长碳纳米管,从而为将来的连续化大批量制备碳纳米管奠定了基础.