旋流筛板式气固挡板流化床内压力脉动特性

在表观气速Ug=0.04~1.14 m/s时,采用旋流筛板构型的挡板式内构件,通过对比分析旋流筛板式气固挡板流化床与自由床内流动现象、压差脉动标准偏差和压力脉动标准偏差等参数,确定了旋流筛板式气固挡板流化床能有效破碎气泡的流动与操作条件。结果表明,构件下方区域颗粒随表观气速增加而不断转移至构件上方床层,造成构件下方区域密相床层高度持续降低,该区域出现3种流动状态并直接决定构件是否能破碎气泡。当Ug<0.44 m/s时,构件下方区域密相床层料位较高,形成下部为密相床层、上部为密相与大气泡交替通过构件的鼓泡床,此时构件具有抑制气泡生长并破碎气泡的作用,全床压差脉动及压力脉动标准偏差低于相同条件下的自由床;当0.44≤Ug<0.66 m/s时,密相床层料位较低,形成下部为密相床层、上部为单一稀相的湍动床,此时构件不再直接抑制气泡生长或破碎气泡,但构件下方密相床层的存在能降低构件下方及构件上方一定高度内床层的压力脉动强度;当Ug≥0.66 m/s后,密相床层完全消失,形成气体为连续相的稀相流化状态,构件不能破碎气泡、降低床层压力和压差脉动强度。     

采用压力脉动信号分析法对三相流化床流型划分的研究

本文采用床层压力脉动信号的计算机在线分析方法进行了并流三相流化床流型转变过程的研究.为了查明操作条件(气速、液速)和颗粒物性(密度、粒径)对转变过程的影响,进行了一系列的实验工作.最后得到在空气-水-颗粒的三相流化体系内,从气泡合并区向气泡分散区转变的判别式:在R_(eg)p_(?)/p_l·(D_T/d_p)~(-1.589)·Fr_g~(-0.1)≥1.01×10~5条件下如果Re_(lc)(U_(mf)~(?)/U_(mf)~())~(0.388)·Re_U_(mf)~(?)~(-0.461)·((p_(?)-p_l)/p_l)~(-0.478)≥13.4则流化床处于分散区操作,反之,则处于合并区操作状态.     

压力脉动模型及其在脉冲流化床中的应用

考虑了流化床中分布板上形成的气泡不变形增长，最后以不同尺寸分布的气泡群形式通过床层，提出了能包含Ｄａｖｉｄｓｏｎ模型、Ｆａｎ模型在内的更一般化的流化床压力脉动模型。不但把气泡行为这个重要因素引进了压力脉动模型，而且成功地把压力模型应用于脉冲气流流化如何科学地运用脉冲气流来进一步改善流况提供了理论依据。     

利用压力脉动信号特征预测流化床结块故障

气固流化床压力脉动信号隐含了许多有用的信息。然而,压力脉动信号为一非平稳随机信号,非常复杂,必须用新的方法从信号中提取特征参数进行规律性研究。本文通过对流化床压力脉动信号进行Ｗｉｇｎｅｒ谱分析,得到了主频幅值的分布,提出了主频功率Ｐ作为流化床压力脉动信号的特征参数,并对随结块含量变化的规律进行了研究。结果表明,主频功率能充化床层的结块状况。在Φ１１４和Φ３００的流化床中证明该参数在床层结块时有明显     

气固搅拌流化床中压力脉动特性

气固搅拌流化床反应器可用于黏结性聚合物颗粒的流态化过程,流化床中通气湍动与搅拌的相互作用关系仍不明确。通过压力脉动的统计分析、功率谱分析和小波分析,考察了搅拌桨型式和搅拌转速对流态化特性的影响规律。实验发现,搅拌转速和搅拌桨型式对床层压力影响较小,但对压力脉动影响显著。搅拌流化床中搅拌与通气湍动对流态化共同作用,双层锚式桨、框式桨等小桨叶面积的搅拌桨在较高转速条件下能强化流态化过程,与普通流化床相比具有更小的气泡尺寸和压力脉动,搅拌可抑制气泡聚并、破碎气泡,维持床层均匀流态化;而新型具有大桨叶面积的自清洁桨的搅拌作用强烈,在较高的转速下易形成桨叶前方的颗粒堆积和桨叶后方的气体短路等非正常流化现象,适宜于中等转速的操作条件。     

气固固循环流化床密相床层压力脉动研究

在不同实验条件下研究了气固固循环流化床密相床层的压力脉动。压力脉动的情况表明：细颗粒的循环及循环量对粗颗粒的流体力学行为有很大影响。气速越低,影响程度越大。     

流化床压力脉动信号时间延迟相关性

对鼓泡流化床压力脉动信号用FFT变换进行分解,得到0-10Hz、10-20 Hz、20-30 Hz、30-40 Hz、40-50Hz、50-60Hz和大于60Hz的信号.分别用自相关函数和互信息函数研究了各个频段信号的线性相关性和非线性相关性.首次通过理论证实了鼓泡流化床压力脉动信号中30 Hz以上信号不存在线性相关性,40 Hz以上信号不存在非线性相关性.由于40 Hz以上信号不存在前后相关性,可以认为其为噪声信号.研究指出通过流化床压力脉动信号研究流化床内部信息时,应考虑40 Hz以下信号,而不是以前认为的20 Hz以下信号.     

垂直筛板流化床中FCC催化剂的流化性能

以FCC催化剂颗粒研究垂直筛板流化床内构件对气固两相流化性能的影响,考察了板孔气速、颗粒循环量和帽罩开孔比等筛板结构对流化床压降和提升量强度的影响. 结果表明,气固两相总体逆流流动条件下,帽罩内气速达4 m/s,气固高速并流喷射无气泡,两相接触好、返混小,属快速流态化. 由于没有气泡,床层压力波动小,在塔板上颗粒返混小. 垂直筛板压降随板孔气速、帽罩底隙高度增大而增大,随帽罩开孔比、板孔径增大而减小,颗粒提升量大,床层压降大. 提升量强度随板孔气速、帽罩底隙高度、颗粒循环量增加而增大,随帽罩高度与塔节高度比增大而减少,随帽罩筛孔孔径变化存在最大值. 当帽罩开孔比为1.2~2.5、板孔面积与帽罩截面积比为0.42、帽罩底隙高与板孔孔径比为0.36~0.64时帽罩流化性能较好.     

气固流化床压力脉动信号的混沌特征分析

对气固流化床内压力脉动时间序列进行分析,研究了流化床内的混沌特性,分别利用李雅普诺夫指数、相对分散度、分形维数和混沌度来定量描述稳定性、复杂性,自由度和系统状态数,证明四个混沌特征参数的相关性是好的,得到了混沌特性随着气速和床层高度的变化趋势,并且提出气泡行为是流化床内产生混沌运动的重要原因。     

气固搅拌流化床内压力脉动特性的数值模拟

在传统气固流化床中引入搅拌桨,可减轻聚合物颗粒的黏附并强化流态化过程。采用计算流体力学(CFD)方法对搅拌流化床内的压力脉动特性进行数值模拟,考察流态化过程中的气泡行为。模拟过程采用多重参考坐标系方法解决搅拌桨区域的运动问题,由欧拉双流体模型和颗粒动力学方法模拟气固两相流。床层压力脉动的统计分析和功率谱分析表明,随着搅拌桨转速的增加,流化床内的压力脉动标准偏差和功率谱幅值变小,床层内的平均气泡尺寸减小,床层可由鼓泡流态化向散式流态化转变。     

气体通过堆叠筛板填料的压降特性研究

单一气相通过堆叠筛板填料的压降是研究气液两相并流通过筛板填料压降的基础。文章对气体通过不同规格堆叠筛板填料的压降进行了系统的测试,并利用Realizable k-ε模型进行了数值模拟,揭示了气相流量、筛板开孔率、相对板厚、填料板间距等因素对气体压降的影响。结果表明:气相流量与筛板开孔率是压降的2个主要影响因素,压降随气量的增大而增大,随开孔率的增大而减小;受锐缘效应影响,随着相对板厚的增加,阻力系数逐渐减小;流体通过筛板后会冲击下层筛板,使得压降阻力系数随填料板间距的减小而增大。在此基础上,综合实验与模拟结果获得了气体通过堆叠筛板填料的阻力系数预测公式。     

湿法磷酸净化中往复式振动筛板塔的应用研究

研究在往复式振动筛板萃取塔中用有机溶剂萃取湿法磷酸的性能,考察振动筛板萃取塔结构参数和操作条件对磷酸萃取率的影响。结果表明:筛板开孔率53%,筛板间距7cm,振动频率150r/min时,萃取率可达84%;结合洗涤和反萃可以得到合格的工业级磷酸。     

分散降液筛板塔传质性能

在筛板塔的基础上,研发了一种新型板式塔--分散降液筛板塔,将传统筛板塔的弓形降液管改为均布于塔板筛孔间的多降液管结构,使整个塔板面成为均匀降液和受液的传质区,并新增淋降和喷溅传质区,在全塔空间内实现立体、连续的微分接触式气液传质过程,另外,塔板之间可以加装填料来强化传质,或装填催化剂以促进伴随化学反应的传质过程。以“氧气-空气-水”为体系,初步研究了分散降液筛板的传质性能及其影响因素,并与传统筛板进行比较,结果表明:分散降液筛板气液分布均匀,接触充分,在同等条件下传质效率比传统筛板提高了8.4%~9.7%。     

不同开孔方式的大孔筛板干板压降研究

评价塔设备性能的主要指标之一就是塔板压强降。干板压降是筛板塔总压降的主导部分。本文以降低筛板的干板压降为目标,使用标准k-ε湍流模型,对不同开孔方式的大孔筛板进行了模拟计算,定量地讨论了筛板开孔方式对筛板干板压降的影响效果。模拟结果表明,下锥形筛板不利于降低干板压降,而具有合适锥度的上锥形筛板与普通筛板相比是可以降低干板压降的。经过光滑处理的弧形上锥形筛板虽然对减少结焦反应有利,但在降低干板压降方面没有明显的作用。     

Experimental studies on a novel swirling fluidized-bed combustor using an annular spiral air distributor

This work reports studies on hydrodynamics as well as combustion and emission characteristics of a conical swirling fluidized-bed combustor (SFBC) using an annular spiral air distributor as the swirl generator. In the experimental study on a ‘cold’ SFBC model, hydrodynamic regimes and characteristics of an air-sand bed were investigated for variable bed particle size and static bed height. Depending on the superficial air velocity, the bed exhibited four operational regimes. Based on the results from the ‘cold’ hydrodynamic study, optimum bed characteristics (sand particle size and bed height) and the range of primary air were determined prior to the combustion tests. In the second part of this work, a conical SFBC was tested for firing 80 kg/h rice husk. During the combustion tests, swirl motion of a fluidized bed was induced by primary air injected into the bed through the air distributor and, also, sustained by tangential injection of secondary air into the bed splash zone. Radial and axial temperature and gas (O₂, CO, NO) concentration profiles in the reactor were obtained for 20-80% excess air. Effects of operating conditions on formation and decomposition of major gaseous pollutants (CO and NO) in the reactor are discussed. Both CO and NO were found to be reduced significantly in the bed splash zone, resulting in quite low CO and moderate NO emissions from the reactor. High combustion efficiency, 99.4-99.5%, is achievable when burning rice husk in the proposed conical SFBC at 80 kg/h feed rate and excess air of 40-80%.     

筛孔塔板干板压降的数值模拟

分别应用标准k-ε模型、RNG k-ε模型和Realizable k-ε模型3种湍流模型并结合有限体积法,在不同空塔气体动能因子下数值模拟了筛孔塔板(0.38 m)的干板压降。数值计算结果分别同Hughmark-O'connell和Leibson实验结果进行了比较,吻合较好。通过模型对比,发现RNG k-ε模型和Realizable k-ε模型计算结果同实验结果比较接近,标准k-ε模型的计算结果误差较大。利用RNG k-ε模型研究了塔板厚度、筛孔直径同塔板干板阻力系数的关系曲线,随着筛孔直径和塔板厚度的增加,塔板阻力系数增加,相对于塔板厚度,筛孔直径的大小对阻力系数的影响更大。证明了计算流体力学在筛孔塔板干板压降的研究中有一定的可行性。     

大孔径导向筛板流体力学性能研究

在长为500mm,宽为300mm冷模塔内,测定了φ9 mm大孔径导向筛板的流体力学性能参数.对实验数据进行了关联,得出计算塔板压降公式,可供大孔径导向筛板设计与研究使用.     

气-液并流通过堆叠筛板填料的脉冲流特性

通过高速摄像机和压力传感器测量,对脉冲流的产生机理、筛板数的影响、液相脉冲传播速度及频率进行了系统的研究。实验发现：脉冲流是重力和气流曳力作用下,孔口液相波动在向下传播过程中被叠加放大的动力学过程,且与气、液流量及筛板数密切相关;一定气量下,脉冲流的产生需要有一个最小（临界）液相流量,且增加液量可促进局部脉冲的产生,并使液相脉冲传播速度与频率均增大;临界液量之上,增大气量,气相的扰动作用增强,局部脉冲越容易产生,从而导致脉冲传播速度与频率均增大;进一步增大气量,液相脉冲会被逐渐分散,导致脉冲传播速度与脉冲频率均减小。增加筛板数,有利于增强脉冲流强度,从而导致脉冲流范围变宽,当筛板数少于三块时不会出现脉冲流。最后,基于实验结果分析,提出了脉冲传播速度及频率的预测关联式。     

装配水平筛板的气升式反应器中气液传质特性的数值模拟

利用Turbulent–Lehr组合模型对装配水平筛板的气升式反应器进行了计算流体力学(CFD)模拟,研究水平筛板对气含率、气泡直径、体积传质系数(kLa)和气液流速的影响。结果表明,筛板对气相的囤积作用和对液相的阻碍作用增加了反应器的整体气含率。筛板对气相的二次均布作用减弱了筛板和液面之间区域的气泡聚并过程,筛板筛孔对气泡的破碎作用产生了大量小于初始直径的气泡,增加了气泡比表面积(a);筛板对液相的阻碍作用提高了筛板附近的气–液相流动速度差,从而提高了该区域的液膜传质系数(kL),强化了反应器内的气液传质效果。     

上置加热管筛板蒸发器流体力学及蒸发性能

对筛板上方液层内置有水平加热管束的载气蒸发器的流体力学和蒸发性能进行了实验研究,并对实验结果进行了分析。结果表明,在气速一定时,筛板单板阻力随着液体流量的增大而提高;在液体流量一定,气速较大时筛板单板阻力不随气速而变化;随着液体温度的提高,筛板单板阻力明显减小;在相同条件下,上置管束的筛板单板阻力比普通筛板单板阻力明显增大。对于常温下的空气水体系,在相同条件下,加热管束通入加热蒸汽可使出口空气的湿含量提高8. 7%—12. 6%。随着加热管束通入蒸汽流量的增加,出口空气的湿含量进一步提高。