气-固并流下行快速流态化的研究(I)

研究气-固并流顺重力场运动中气-固两相之间的相互作用,并依此将气-固运动过程分为第Ⅰ、Ⅱ加速段及恒速段.在直径为φ140mm,高为5.8m的下行快床中,测定了不同操作条件下(μ_g=1.3-10m/s,G_a=30-180kg/m~2·s)床层压力梯度轴向分布及第Ⅰ加速段长度的变化规律,同时考察了颗粒特性对上述过程的影响.     

流化床-提升管耦合反应器内固含率的轴向分布及流动发展

在耦合流化床反应器大型冷模实验装置上,考察了不同表观气速下FCC颗粒在耦合流化床内截面平均密度的轴向分布. 结果表明,反应器轴向固含率可分为底部流化床区域和上部提升管区域. 前者的密相区平均固含率随表观气速增大而减小;后者的平均固含率随表观气速Ug增大而增大,Ug<0.58 m/s时固含率分布均匀,Ug=0.70~1.04 m/s时提升管出口出现约束返混区(>8.62 m),Ug>1.16 m/s时提升管底部出现密度重整区(3.82~4.57 m)、加速平稳区(4.57~8.62 m)和出口返混区(>8.62 m). 确定了耦合反应器内提升管区域截面平均固含率的影响参数,并利用实验数据回归了平均固含率的轴向分布经验模型,计算值与实验值吻合较好.     

下行床弧面锥体气固分离装置的分离效率实验

以FCC颗粒为物料，实验研究了在气固并流下行循环流化床(f=37 mm, H=5 m)中，气固两相分离装置的结构、颗粒循环量、表观操作气速对分离器气固分离效率的影响. 结果表明，在气固并流下行系统中，采用弧面锥体气固分离装置，内加导流板，在气速为1~5 m/s，颗粒循环速率20~90 kg/(m2.s)条件下，可使气固分离效率达到99%以上，压力损失小于500 Pa.     

气液固三相外环流反应器相含率分布与气液流动结构

结合电阻层析成像和差压法,以粒径3 mm的聚氨酯(密度1110 kg/m3)和粒径0.5, 1, 3 mm的玻璃珠(密度2460 kg/m3)为固相、空气为气相、水为液相,在直径0.09 m、高3.1 m的气液固三相气升式外环流反应器中考察了固相颗粒密度、粒径、固相含率对上升管和下降管中气含率的影响. 结果表明,当玻璃珠粒径为0.5和1 mm、表观气速ug>0.10 m/s时环流反应器可达到充分发展段. 以玻璃珠为固相时,气含率随固相含量和粒径增大而增大,从层析图像可见,在r/R=0~0.2处出现非导电相的极大值,且加入大颗粒的下降管中气固含率明显大于加入小颗粒的. 根据电阻层析成像的虚拟像,给出了时间序列的气固混合相的流动特征.     

三相连续环流反应器中氧的液相传质过程

在空气-水-玻璃珠三相连续操作环流反应器中,利用动态溶氧方法研究了表观气速(Ug=0.01~0.13 m/s)、进料浆速(USL=0.001~0.011 m/s)、浆相质量固含率(es=0~30%, w)和固相颗粒大小(dp=59, 200 mm)对环流反应器内氧的液相传质性能的影响. 结果表明,在考察范围内,环流反应器传质系数随表观气速增大而增大,受进料浆速变化的影响较小,随浆相固含率增大呈现先增大后减小的趋势,但在高固含率下(es≥10%, w)的影响不显著;随固相颗粒粒径增大而减小. 同时得到了液相体积传质系数的经验关联式.     

旋流筛板式气固挡板破碎气泡的作用域

为了考察多孔筛板和单旋导向挡板组合对气固两相流动的作用效果,采用床层段内径为90 mm的三维流化床冷模装置,在表观气速(U_g)为0.04～1.14 m/s、初始装料高度(H)为650 mm的操作条件下,分析了自由流化床内气固两相流动特点,并对比分析了自由流化床、单旋流筛板式气固挡板流化床及双旋流筛板式气固挡板流化床压力脉动标准偏差和压差脉动标准偏差等参数,确立了旋流筛板式气固挡板有效抑制并破碎气泡的作用域。结果表明:旋流筛板式气固挡板有效抑制并破碎气泡的气速作用域为0.04 m/s≤U_g≤0.57 m/s,此时对应的自由流化床中气固两相处于鼓泡-节涌过渡流态化;轴向空间作用域为旋流筛板式气固挡板下方及包含旋流筛板式气固挡板的区域。增加旋流筛板式气固挡板的数量有助于强化破碎气泡的效果及拓宽其轴向空间作用域,但并不能拓宽破碎气泡的气速作用域。     

气固流化床固体浓度分布的冷模研究

在内径0.284 m、高6.0 m的气固流化床冷模装置中进行了气固流化实验,采用PC6 D型颗粒浓度测试仪检测固体浓度. 分别采用枝条型(开孔率a=5‰和2.5‰)和环形(a=5‰)气体分布器,以直径154~180 mm、密度2550 kg/m3的砂子为颗粒,在静床高H0=0.6~1.5 m、表观气速u=0.3~0.6 m/s的情况下,考察了时均固体浓度1-e在空间的分布. 结果表明,增加u使密相区的1-e减小,分布器形状对1-e影响不大. 采用较低a的分布器时1-e的变化较大,且其值均较低. H0=0.6 m, 轴向位置H=0.4 m, u=0.3 m/s, 径向位置r=0~0.142 m时,1-e由0.410上升到0.494;H0=0.6 m, H=0.4~0.95 m, u=0.3 m/s, r=0时,1-e从0.410减小到0;H0=1.5 m, H=0.4~1.3 m, u=0.3 m/s, r=0时,1-e从0.397先下降到0.372,再上升到0.424,最后下降到0.328.     

采用电阻层析成像技术测量三相外环流反应器中相含率的实验研究

结合电阻层析成像技术和差压法,以平均粒径为3 mm的聚氨酯为固相,空气为气相,水为液相,对f90 mm的气升式三相外循环环流反应器中局部相含率及其径向分布进行了研究. 结果表明,在实验范围内,增大固相体积分率不影响气含率在上升管中的分布特征;固含率随着表观气速的增大先增大,当表观气速ug=0.09 m/s时反应器达到充分发展段,固相已充分循环;上升管中气固虚拟相的径向分布呈中心高、边壁低的特征,但并非严格对称,在r/R=0~0.2间出现极大值;下降管中气固虚拟相在径向上分布较为均匀. 本工作证实了两种技术相结合测量气液固三相相含率的可行性.     

两段气固环流反应器流体动力学行为和传质特性的研究

借鉴气液环流的理论,提出了气固多段环流的设想.以空气和FCC催化剂为介质,在内环表观气速为0.089～0.424 m/s、外环表观气速为0.04～0.08 m/s的范围内,在一套两段气固环流反应器内系统研究了两段环流反应器内颗粒的流体动力学行为和气固传质特性.发现反应器平均颗粒密度随着内环表观气速的增加而减小,随外环表观气速的增加变化不大.一段、二段环流速度随着内环表观气速的增加而增加,随外环表观气速的增加略有减小.环流反应器汽提效率随内环表观气速的增加而增加,随外环表观气速的增加略有减小,两段环流反应器的汽提效率大于单段环流反应器.     

浮集法干燥固体颗粒性能

研究在气固流化床内,用于干燥固体颗粒的浮集法的性能。通过监测操作过程中水的质量损失,描述出颗粒中水分变化过程和传质系数kg的变化过程,推导出该方法的扩散系数D=4.8×10-12m2/s。     

水厂清水池的水力特性模拟与结构优化

以某水厂清水池为案例,构建7种不同结构的清水池几何模型进行CFD模拟,对比水力效率和粒子扩散特征.结果表明,清水池前段流态接近混流,后段逐渐均匀,近似平稳推流模式.进口第一个廊道区,导流板背水面和弯道拐角区域易出现回流、大面积循环流等水力状态.增加导流板数目,延长导流板长度,将进出水口设置在进出水廊道宽边中间位置可使清...     

下行床加速区气固流动特性的研究

In this work, a mathematical model is established to describe the axial variation of the characteristic flow parameters (particle velocity, solid holdup and pressure gradient) in a downer. An empirical correlation is developed to estimate the particle velocity at the constant velocity section. Experimental investigations are made to validate the downer model. The model simulations have a good agreement with experimental data. Moreover, a formula is derived to predict the first acceleration section length and the whole acceleration section length.     

Comparative Study of Flow Structure in Circulating Fluidized Bed Risers with FCC and Sand Particles

The combined influences of particle properties and nozzle gas distributor design on the axial and radial flow structure in two 100 mm i.d., 15.1 m and 10.5 m long risers with FCC and sand particles were investigated by measuring the axial pressure gradient profiles, and the axial and radial profiles of solids concentration. The results show that the nozzle gas distributor design has significant effects on the axial and radial flow structure for the FCC and sand particles. At lower superficial gas velocity of less than 8.0 m/s, the upward gas‐solid flow of the sand particles decelerates in various degrees with the disappearing of the nozzle gas distributor effect. The upward gas‐solid flow of the FCC particles, however, occurs without noticeable deceleration within the range of this study. In the acceleration section, the radial distributions of the local solids concentration of the FCC particles are more uniform than those of sand particles under the same operating conditions; while in the fully developed zone, the sand particles have a more uniform radial distribution than the FCC particles. The gas‐solid flow is first developed in the center region, and then extends towards the wall. The overall flow development in the riser mainly depends on the local gas‐solid flow in the wall region.     

Experimental Study of Particle Deposition on Semiconductor Wafers

A sensitive method for detecting particle deposition on semiconductor wafers has been developed. The method consisted of generating a monodisperse fluorescent aerosol, depositing the known-size monodisperse aerosol on a wafer in a laminar flow chamber, and analyzing the deposited particles using a fluorometric technique. For aerosol particles in the size range of 0.1–1.0 μm, the mobility classification-inertial impaction technique developed by Romay-Novas and Pui (1988) was used to generate the monodisperse test aerosols. Above a particle diameter of 1.0 μm, monodisperse uranine-tagged oleic acid aerosols were generated by a vibrating-orifice generator. The test wafer was a 3.8-cm diameter silicon wafer placed horizontally in a vertical laminar flow chamber which was maintained at a free stream velocity of 20 cm/s. A condensation nucleus counter and an optical particle counter were used to obtain the particle concentration profile in the test cross section and to monitor the stability of aerosol concentration during the experiment. The results show that the measured particle deposition velocities on the wafers agree well with the theory of Liu and Ahn (1987) in the particle size range between 0.15 and 8.0 μm. The deposition velocity shows a minimum around 0.25 μm in particle diameter and increases with both smaller and larger particle size owing to diffusional deposition and gravitational settling, respectively.     

无序环流混合器的流体力学特性和颗粒混合特性

在内径为Φ286 mm的无序环流混合器装置中,研究了无序环流混合器的流体力学特性和颗粒混合特性。以催化裂化(FCC)平衡剂为颗粒相,在中心区表观气速为0.3~0.5 m/s,边壁区表观气速为0.1 m/s,系统循环强度为0.25~1.00 kg/s的操作条件下,采用PV-6D型颗粒速度密度测量仪测量了混合器内床层各截面密度,并给出不同操作条件下的截面不均匀指数(RNI);采用热颗粒示踪技术给出了混合器内各测量截面的无因次温度分布,并引入混合指数用来定量描述不同操作条件下的颗粒混合程度,同时对比了传统环流混合器与无序环流混合器的混合能力。结果表明,无序环流混合器内部床层密度呈现中心低,边壁高的分布模式。随着循环强度的增加,RNI先减小后增大,随着表观气速的增加,RNI增大。预混合区混合指数为0.7~0.9,在高循环量,低中心区表观气速条件下(G_s为1.00 kg/s,u_(gd)为0.3 m/s),下料管进料影响区的截面混合指数低于其他操作条件。另外,无序环流混合器混合能力优于传统环流混合器。     

气固下行流化床反应器Ⅱ气固两相的流动规律

气固下行流化床反应器气固两相流动过程是比较复杂的，沿轴向气固两相运动可分为第一加速、第二加速和恒速３个运动段，沿径向局部气体速度、颗粒速度和颗粒浓度都具有不同程度的不均匀性。而这种不均匀性是由气固两相顺重力场湍动运动所决定的。和循环床提升管相比，下行管反应器气固两相沿径向分布的不均匀性得到有效地改善，气固可以实现超短接触操作，因而是一种新型高效气固超短接触反应器     

不同粒径煤矸石浆液的流变性能试验

煤矸石浆液的流变性能影响注浆的可泵性,可通过调节粒径和水矸比对流变性能进行调控。本文测试了新鲜煤矸石浆液的流变性能、流动度及流动时间,研究了不同粒径(100目、150目、200目、250目、300目,分别对应150μm、106μm、74μm、58μm和48μm)及水矸比(1.0、1.5、2.0)对煤矸石浆液流变性能的影响,探讨了流变参数、流动度及流动时间的变化规律,并提出了注浆建议。结果表明：水矸比是煤矸石浆液流变性能的主控因素,煤矸石浆液在水矸比为1.0时,符合Herschel-Bulkley模型,颗粒粒径会影响浆液的屈服应力和塑性黏度,屈服应力为2.5～3.6 Pa;在水矸比为1.5、2.0时,符合Bingham模型,颗粒粒径只影响浆液的屈服应力,屈服应力为0.1～0.7 Pa。不同粒径煤矸石浆液的流动度均不低于365 mm,流动时间在27～31 s。为提高浆液的可泵性,可考虑采用较大的水矸比(≥1.5)和较长的搅拌时间(>800 s)。     

选粉机颗粒轨迹的非稳态模拟

选粉机颗粒轨迹模拟研究是分析选粉机分级效率与分级精度性能技术指标的重要基础之一。根据计算流体动力学（CFD）理论,运用DPM模型的颗粒运动方程对时间积分求解颗粒运动轨迹,阐述了颗粒的分级过程。对二维平面离散颗粒的捕集和采样结果进行分析,考察了细粉和粗粉的质量流率,并研究了不同工况下细粉颗粒粒径分布情况。对数值模拟相关工况点进行模拟结果的实验分析,结果表明：细粉颗粒质量流率模拟结果与实验结果误差为5.66%;细粉颗粒粒径分布曲线两者较吻合,100 μm颗粒含量相对误差为6.54%。研究结果为分析和预测选粉机不同工况下的成品产量和粒径分布提供了模拟方法。     

循环流化床提升管中颗粒速度的径向分布及其沿轴向的发展

采用5光纤速度探头对f100mm?5.1m循环床提升管8个高度截面上11个径向位置的局部颗粒速度进行了实验测试,并采用径向不均匀指数(RNI)对颗粒速度径向分布的不均匀性及其沿轴向的变化进行了定量描述。研究结果表明:在高气速、高颗粒循环量操作时,操作条件对颗粒上升速度和下降速度的径向分布的影响在加速段和充分发展段呈现出不同的规律;颗粒上升速度和下降速度沿轴向的变化在核心区和边壁区也表现出不同的趋势。当颗粒循环速率大于200 kgm-2s-1时,颗粒的加速段长度大大延长,以至于大于提升管的高度(15.1m)。颗粒速度径向分布的不均匀性沿轴向是逐渐增大的,并且与截面平均颗粒速度存在很强的相关性。     

Modeling of unsteady flow around accelerating sphere at moderate reynolds numbers

The flow around an accelerating spherical particle of diameter ranging from 50 to 200 m?m is studied in the range of Reynolds number between 0.1 and 100. The flow around the sphere is assumed to be laminar and two-dimensional axisymmetric. The calculated drag coefficient is compared with the theoretical predictions of added mass term and Basset history term. Appropriate corrections for those two terms are proposed as function of the acceleration rate and the particle diameter.