次生布风条件下气固重介质流化床褐煤分选提质研究

以0.074~0.300mm宽粒级磁铁矿粉为加重质,多种粒级石英砂为次生布风床层物料,研究了气固重介质流化床的床层膨胀特性、流化特性和密度分布特性.结果表明:石英砂平均直径越小,流化时的床层压降越小.当流化数为1.1~1.4时,床层不能充分流化;当流化数大于1.4时,床层能够流化,床层密度分布趋于均匀.以0.15~0.30mm石英砂作为次生布风床层的物料时,沿床高方向上的流化床床层密度标准差达到最小值0.19g/cm3.次生布风床层高度为20mm、静床层高度为50mm、流化数为2.0时,6~10mm褐煤的灰分离析度达到最大值0.60.此时,精煤产率达到38.44%,精煤灰分为8.60%,精煤硫分为0.57%,可取得较好的分选效果.     

流化床油页岩流化特性的数值模拟研究

应用CFD软件Fluent对流化床内油页岩的流动特性进行了冷态流场模拟,并研究不同时刻、不同粒径以及不同弹性恢复系数对流化床内流化状态的影响。最终模拟结果表明：随着时间的推移流化现象越来越明显,同时颗粒粒径越小,弹性恢复系数越小更容易使气流稳定,有益于物料的正常流化。     

振动流化床床层压降理论分析与实验研究

从振动流化床床层压降的物理意义出发,得出了振动流化床床层压降模型。提出振动流化床床层压降-流速曲线上存在第一、第二流化段,相应速度为第一、第二临界流化速度。并在二维振动流化床内,以不同粒径的玻璃珠为床料进行了实验研究,分析了振动及其它操作条件对床层压降的影响,并将模型计算得到的压降与实验结果进行了比较,结果表明模型预测与实验结果有较好的一致性。实验关联了振动能量传递系数的数学表达式,得到第一、第二临界流化速度时床层压降,并与其他研究者的结果进行了对比分析,结果显示本文的模型能得到更为可靠的预测结果。     

鼓泡床密相区多组分床料扩散的CPFD模拟

鼓泡床密相区颗粒的混合和扩散对炉内反应速率影响巨大,研究冷态鼓泡床密相区的混合情况,对热态锅炉研究提供参考。采用计算颗粒流体力学(CPFD)方法,对158 mm (长)×158 mm (宽)×400 mm(高)的长方体模型进行模拟。主要研究不同流速下,不同质量分数的压缩木屑、稻壳的颗粒体积分数和横向扩散系数。模拟结果表明,与稻壳相比,压缩木屑颗粒体积分数更大,床层膨胀程度更小;生物质的质量分数越大,密相区颗粒体积分数越大,床层膨胀程度越小,床层整体流化不均匀性越小;扩散系数随流化风速、生物质的质量分数的增加而增大;相同质量分数下,压缩木屑的扩散系数略小于稻壳。     

双循环流化床石英砂颗粒流动特性研究

流化介质的流动特性是影响双循环流化床稳定运行的关键。在自行搭建的双循环流化床系统上,分别进行提升管风速、气化室风速、初始床层物料量对颗粒循环流率、两床压降的影响的实验研究,发现:随着气化室风速增加,循环流率和气化室压降增加变化不明显,提升管压降呈现一定增加趋势;随提升管风速的增加,颗粒循环流率和气化室压降增加,但提升管压降减小;随初始床层物料增加,颗粒循环流率、提升管压降和气化室压降均呈现增加趋势。通过对流化介质流动特性影响因素的研究,可初步掌握系统内的物料浓度分布,为双循环流化床的运行控制提供一定的指导参考。     

小型流化床干燥器气固流动和干燥的CPFD数值模拟

为掌握炼焦煤工业流化床的颗粒干燥和分级过程,基于计算颗粒流体力学(CPFD)理论方法,以0.3mm为分级粒径对实验室规模的炼焦煤流化床干燥分级过程进行模拟研究.颗粒干燥模型由颗粒汽液平衡推导得出.曳力模型采用不考虑颗粒球形度的Wen-Yu/Ergun模型和考虑颗粒球形度的Ganser模型结合.研究结果发现:两种曳力模型结合得到的模型可更准确地预判流化床中不同粒径段颗粒的分布位置;此外,颗粒干燥模型结果与实验结果吻合,流化风风速越大或风温越高,颗粒干燥时间越短.同时在气固流动方面揭示了流化床干燥器中颗粒的流动特性:粗颗粒集中在流化床底部,而细颗粒分布在流化床上部;颗粒直径越大,颗粒速度越小.研究验证了CPFD手段预测流化床干燥器中气固流动和干燥过程的潜力和可行性,为后续的工业化放大和结构优化打下了基础.     

气-固环隙流化床纳米TiO_2聚团的流化特性

在高640 mm,内外径分别为140 mm和180 mm的环隙流化床反应器内,选用平均粒径为20～30 nm的TiO2催化剂P25进行冷态流化实验。运用预测颗粒粒径模型,应用计算流体力学软件FLUENT 6.2对流化床内床层局部固含率和压降进行了模拟计算。模拟结果显示:气体进入分布板之后呈螺旋状上升;环隙流化床内径向局部固含率分布呈现W形状,而且局部固含率随着床层高度的增高而增大。模拟结果与实验数据基本一致,说明纳米TiO2催化剂颗粒在环隙流化床中以微米级的聚团形式流化。     

锥形流化床内碳纳米管膨胀特性的数值模拟

基于欧拉-欧拉双流体模型,对无分布板式锥形鼓泡流化床内碳纳米管的膨胀行为进行了数值模拟。考察了不同的颗粒当量直径计算方法及不同种类碳纳米管对床层膨胀能力的影响、不同表观风速下床内两相结构的体积分数分布及膨胀特性。模拟结果显示：碳纳米管的当量直径计算结果对床高有至关重要的影响,其当量直径越大,膨胀率越小,垂直阵列管床层膨胀高度大于聚团管,在低入口气速的情况下存在“局部流化”的特性,气泡在上升过程中逐渐变小甚至消失,随着入口气速的增加,气泡大小逐渐增加,床层膨胀率也逐渐增加。模拟与实验结果对比良好。     

压力流化床流体动力特性的冷态试验研究

本文介绍了对采用宽筛分物料压力流化床流体动力特性的冷态试验研究结果。使用的物料为玻璃球,拂腾炉溢流渣、白云石以及溢流渣和白云石的混合物料,平均粒径为0.38～2.60mm,操作压力范围1～7ata。指出了在聚式流化系统和散式流化系统中,压力对临界流化速度的影响是不同的。在压力流化床中,床层膨胀比与流化数的关系与压力无关。随操作压力提高,床层中气泡的体积变小,上升速度减慢且分布均匀。运用π定理,采用逐步回归分析,得到了宽筛分压力流化床临界流化速度的准则关系式,其复相关系数达到99.4％,与试验值符合较好。     

非等密度颗粒气固流化床的微观尺度模拟与分析

采用计算流体力学与离散单元法相耦合的CFD-DEM方法对两种表观气速下三维非等密度颗粒流化床内的气固运动进行了数值模拟研究,对比了两种气速下流化床内颗粒的分层和混合现象,发现在非等密度颗粒流化床内,有不同程度的颗粒分层现象存在。当表观气速较低,处于最小密度颗粒的临界流化速度和最大密度颗粒的临界流化速度之间时,颗粒体系出现了较为明显的分层现象,整体上为重颗粒在下、轻颗粒在上的分层结构;当表观气速较高,大于最大密度颗粒的临界流化速度时,分层现象不再明显。采用Lacey混合指数分析了流化床内颗粒之间的混合状况,发现颗粒密度差越小,混合指数越大,越难分离;颗粒密度差越大,则混合指数越小,分离越完全.     

管式布风流化床密相区气固流动特性数值模拟

为了研究新型管式布风流化床密相区气固流动特性，对流化床内流动特性进行了数值模拟.运用基于颗粒动力学理论的欧拉－欧拉气固多相流模型和PC-SIMPLE算法，模拟得到了床内密相区不同工况条件下的气固流动特性，分析了气泡生成、长大和破灭过程，同时讨论了布风管小孔风速和管节距对流化质量的影响.计算结果表明：管式布风流化床具有内循环流化床的气固流动特性，气泡的生成初期具有一定的对称性质，在气泡长大到一定大小的时候，相邻的气泡会发生融合现象，减小布风管小孔风速或增加布风管的横向间距可能造成床层中间部分床料流化质量不高.     

鼓泡流化床气固两相流动特性数值模拟

为了研究鼓泡流化床内气固两相流动特性,采用数值模拟的方法,对Fushimi等人的冷态实验过程进行模拟,建立了合理的TBCFB气化炉气固两相流动系统模型,基于欧拉双流体模型,以ANSYS嵌套的FLUENT17. 0,作为数值模拟计算的基础平台,模拟TBCFB(三级流化床)气化炉系统中鼓泡流化床气固两相流动过程及分析其流动特性。结果主要分为3部分:鼓泡床表观速度对流动质量有重要影响,速度越低,越有利于床内气泡与床料充分接触;比较不同高度,不同配比两种颗粒温度变化特点,发现床层高度越高,颗粒温度越大;颗粒浓度增加,其颗粒温度降低,反之增加。     

增压富氧循环流化床的二维流动模型

建立了增压富氧循环流化床的二维流动模型,将增压富氧循环流化床炉膛分为下部密相区和上部稀相区,同时考虑气固轴向和径向变化。模型针对30O2/70再循环烟气(RFG)富氧气氛,5 mm颗粒粒径,在温度范围20~1 000℃,压力范围0.1~6.0 MPa下,计算了增压富氧循环流化床的流动特性,主要分析压力和温度对临界流化速度Umf的影响以及压力对环形区厚度δ,床层空隙率ε和颗粒浓度分布εp的影响。计算结果表明:随着压力的升高,临界流化速度不断减小,环形区厚度变薄,空隙率降低,颗粒浓度增大。随着温度的升高,临界流化速度先增大后减小,且床层压力越大,达到峰值所需的温度越高。     

增压富氧循环流化床的二维流动模型北大核心

建立了增压富氧循环流化床的二维流动模型,将增压富氧循环流化床炉膛分为下部密相区和上部稀相区,同时考虑气固轴向和径向变化。模型针对3002／70再循环烟气（RFG）富氧气氛,5mm颗粒粒径,在温度范围20～1000℃,压力范围0．1～6．0MPa下,计算了增压富氧循环流化床的流动特性,主要分析压力和温度对临界流化速度Umf的影响以及压力对环形区厚度6,床层空隙率8和颗粒浓度分布8。的影响。计算结果表明：随着压力的升高,临界流化速度不断减小,环形区厚度变薄,空隙率降低,颗粒浓度增大。随着温度的升高,临界流化速度先增大后减小,且床层压力越大,迭到峰值所需的温度越高。     

压力脉动法预测声场流化床最小流化速度

在内径140 mm,高1 600 mm的鼓泡流化床中,采用压力探针研究了声场流化床FCC和石英砂颗粒的流化特性,考察了声压级和频率对颗粒最小流化速度的影响。结果表明:无声场条件下,压力脉动标准方差随表观气速的增大而线性增大,声场的引入可以显著降低颗粒最小流化速度,声压级越大颗粒的最小流化速度越小;固定声压级改变声波频率,发现频率在300 Hz时颗粒最小流化速度最小。对不同声场条件下最小流化速度进行拟合,得到了声场流化床最小流化速度预测关联式。     

微小液固流化床的流化特性

在高405mm、直径15mm的微小液固流化床中,以水为流化介质,3组不同颗粒为床料,考察了填料高度、颗粒粒径及密度对床层膨胀、液速-压降曲线、最小流化速度和流化质量的影响。实验结果表明:随流速的增大,微小流化床依次出现了固定床、均匀膨胀及流体输送3种流型。各流型操作流速范围不受填料高度影响,但随着颗粒粒径及密度的减小,均匀膨胀区的流速范围减小,最小流化速度降低。随填料高度的增加,床层膨胀率降低,且流化质量提高;颗粒粒径和密度越小,床层膨胀率受液体流速的影响越明显,获得的流化质量越高。     

锥形和柱状流化床膨胀率对生物膜行为的影响

基于流体剪切力和颗粒流化特征对生物膜性质的重要影响,分析并对比了与流体剪切力和颗粒流化特征密切相关的床层膨胀率对锥形和柱状流化床生物膜行为的影响.采用改变液相回流比的方法调节床层膨胀率,研究了柱状流化床(CFB)和锥形流化床(TFB)生物膜反应器中生物膜厚度、生物量、污染物去除效率、悬浮生物质浓度和生物颗粒分布的情况.结果表明:当进水的质量浓度为220mg/L,水力停留时间45min,在相同的床层膨胀率下,TFB与CFB相比生物量高且稳定,生物颗粒的分布更为均匀.当床层膨胀率在一定范围内变化时(14%～90%),TFB对污染物质的去除率稳定在95%以上,较CFB高15%～20%.床层膨胀率对悬浮生物质浓度的影响的研究结果表明生物膜的脱落将使悬浮生物质浓度增加.     

炼焦煤流态化分级及其数值模拟

了解炼焦煤的原始粒度分布,有益于改善焦化工序的安全经济性.以500μm为分级粒度,采用Wen-Chen模型、CPFD数值模拟,结合气固流化床分级试验对分级过程进行研究.结果表明:当流化风速为3.27m/s时,粗、细颗粒分离效果最为显著,上排逃逸细颗粒中目标粒子含量高达99.7%,下排成品煤中目标粒子含量仅为28.7%.上排逃逸细颗粒的Wen-Chen模型预测值和数值模拟值同试验结果相比的最大偏差分别为16.18%和7.08%,下排成品煤的WenChen模型预测值和数值模拟值同试验结果相比的最大偏差分别为27.25%和9.25%.模拟结果发现,对目标粒子含量分级影响最大的颗粒粒径为1 500~2 000μm.     

超高效厌氧生物反应器床层能量耗散率

为指导超高效厌氧生物反应器的功率匹配和操作优化,加速反应器工程化开发,通过向反应器床层分别投加1 500、2 500和3 500 mL厌氧颗粒污泥,采用质量分数为0.5%的稀硫酸溶液模拟进料,采用化学反应生成CO₂(饱和NaHCO₃+稀硫酸)模拟生物产气,研究了反应器床层处于固定态、流化态和输送态时的能量耗散特征,建立了床层处于固定态和流化态时的能量耗散模型.试验结果表明：所建模型的模拟值与实测值吻合较好,可用预测同类高效厌氧反应器床层能量耗散率;床层处于固定态、颗粒结团状态、液固两相流化态以及气液固三相流化态的最大能量耗散率分别为0.143、4.449、2.173和11.132 W/m³.其中,最大值11.132 W/m³是超高效厌氧反应器功率匹配的重要依据.     

喷动流化床中杆状颗粒混合特性的CFD-DEM模拟

采用计算流体力学-离散单元法（CFD-DEM）模型对杆状颗粒在喷动流化床中的流动及混合行为进行数值模拟研究,其中杆状颗粒采用超椭球模型进行描述. 通过模拟结果,考察流化气速、喷动气速和颗粒形状对流动与混合的影响. 结果表明,杆状颗粒在喷动流化床中的流动具有典型喷动床的喷动特性;提高喷动气速与流化气速均有助于颗粒混合,且流化气速对流动与混合的影响大于喷动气速. 颗粒形状主要通过颗粒互锁与颗粒长轴取向一致性这2个因素影响颗粒混合,提出较简单的方法用以量化颗粒长轴取向的一致性. 在上述2个因素的作用下,当杆状颗粒长径比较小时,增加长径比会抑制颗粒混合;当长径比较大时,增加长径比会促进颗粒混合.