流化床内垂直向上射流脉动特性的试验研究

本文利用图像处理技术,得到了二维流化床内垂直向上射流深度的时间序列。基于Ｒ／Ｓ分析方法,得到了表征射流脉动强弱的Ｈｕｒｓｔ指数和分数维。研究了流化数、射流初始速度、颗粒平均粒径及静态床层高度对射流脉动特性的影响。结果表明：垂直向上射流的脉动随射流初始速度、流化数、静态床层高度以及颗粒平均粒径的增加而减弱。     

超细粉在内循环流化床中的流态化特性

在内径120 mm的半圆柱形内循环流化床中,以平均粒径387 nm的Ti O2为原料,考察了单独通入流化气、射流气和同时通入流化气和射流气三种流化方式下超细粉的流化特性以及射流气速对超细粉聚团尺寸的影响。结果表明:同时通入流化气和射流气时,流化气能促进粉体循环,消除环隙死区;高速射流能有效破碎聚团,显著减小聚团尺寸,从而使超细粉在环隙区与导流管之间形成稳定循环,小聚团在环隙区实现平稳流态化。随着射流气速的增大,聚团尺寸减小,粒度分布变窄,在射流气速分别为60,90,120,150 m/s的条件下,聚团平均直径分别为194,158,147,135μm。     

流态化法进行粉体粒度分级实验研究

流化分级是一种有效的粒度分级手段。颗粒群的悬浮速度是流化分级过程中一个重要的操作参数 ,直接影响到分级效率的高低。实验以 11个粒径范围的颗粒群为研究对象 ,在流化床中对颗粒群的悬浮速度进行了测定和研究 ,考察了平均粒径、床层空隙率等因素对颗粒群悬浮速度的影响 ,得出了颗粒群的悬浮速度与颗粒群平均粒径及床层空隙率间的关系曲线 ,为提高粉粒体流化分级的分级效率提供了实验依据     

气固流化床内射流穿透深度的CFD模拟及其实验验证

在经典的Gidaspow无黏性双流体模型中考虑离散颗粒对流体和固体动量守恒方程的影响后,建立了一个具有模拟大规模流化床内气固两相流体动力学特性潜在优势的简化数学模型。在CFX4.4商业化软件平台上通过增加用户自定义子程序考察了二维气固流化床(高2.00 m、宽0.30 m)内射流气速、喷嘴尺寸、环隙气速和静床高度对射流穿透深度的影响,并以树脂颗粒(粒径670 μm、密度1474 kg·m^-3)为研究对象在厚度为0.025 m的矩形床内进行了对比实验。结果表明,选取空隙率为0.8的等高线作为射流边界比较合适;射流穿透深度随射流气速或射流喷口尺寸的增加而增大;射流周围环隙气速由0变到最小流化速度时,射流穿透深度随环隙气速增加而增大,在最小流化速度时达到最大值,然后随环隙气速增加单调减小,当环隙气速大于2.5倍最小流化速度时,射流穿透深度减小程度变缓;在相同射流气速下射流穿透深度随着静床高度的增加而减小,静床高度对射流穿透深度的影响随着射流气速增加呈现扩大的趋势。     

锥形流化床水平射流条件下的流化特性

在一个160 mm×300(20)mm×30 mm(高×宽×厚)、锥角为60°的二维锥形流化床中研究了两侧水平射流条件对3种不同粒径颗粒流化特性的影响。临界流化曲线结果表明:压降随着流量增大而迅速升高,到达一个最大值后略有下降。另一方面通过实验观察,提出"沸腾核心"假设,并推导出颗粒达到起始流化状态时,流速沿床层高度的变化规律。在假设的基础上,根据厄贡方程推导得出最大压降的计算式,计算结果表明计算值略大于实验值。另外,实验中还发现二维锥形流化床的最小流化速度随颗粒粒径增大而增大,随填料体积的增大也略有增大。     

循环流化床二次风射流及床料粒径对流化特性的影响

NOx的生成控制与流化床流化特性及气固流动有关,而冷态试验能更直观地反映气固流动状态和流化效果,因此冷态试验的研究结果可为流化床脱硝反应热态试验的参数选取提供参考。前人研究大多使用窄筛分床料颗粒,且较多针对传统的墙式布置二次风,鲜有学者综合研究中心布置二次风的穿透性能及其对炉膛流化特性的影响。因此,在循环流化床冷态试验台上,研究了中心布置二次风和宽、窄筛分的床料对流化特性的影响,采用无量纲剩余温度、物料循环流率和表观颗粒体积分数来定量描述二次风穿透性能、物料循环效率和颗粒浓度的分布。结果表明:喷射高度附近的颗粒浓度会随二次风射流增大而增大。二次风喷射高度为15 cm时,在35 cm以下的密相区,二次风占比越大,颗粒浓度的增长越明显。增大二次风占比、提高二次风射流的速度、提高二次风射流的喷射位置等可以有效提高二次风射流的穿透性能。其中,当二次风喷射高度距炉膛底部5 cm处,射流穿透率为0.4;喷射高度为15 cm时,射流穿透率为0.84;当喷射高度继续上升10 cm后,射流穿透率达到1.0。造成这个现象的原因是越靠近炉膛底部,床料颗粒的浓度越大,二次风所受的阻力急剧增加。随着窄筛分床料的平均粒径减小,炉膛整体的压降上升,且压降会在炉膛更高位置趋于平稳,物料循环流率也随之提高。这说明更多的颗粒能够随流化风的扬析被带到炉膛外,进入分离器参与炉外循环。与窄筛分床料不同的是,床料组分中,细颗粒占比也决定了宽筛分床料的炉膛压降、颗粒浓度分布和物料循环流率等参数。细颗粒占比越高,炉膛压降和物料的循环流率越大。宽筛分中,平均粒径大的床料颗粒浓度分布和物料循环流率不一定小,这是由于试验风速下,300μm颗粒更易随流化风的扬折作用,被携带至炉膛出口。这部分细颗粒占比越高,造成颗粒浓度分布和物料循环流率越大,而粗颗粒更倾向于聚集在炉膛底部。     

石英砂二元混合颗粒初始流化过程的研究

在一套Φ300 mm×3000 mm的有机玻璃冷模流化床实验装置上,考察了石英砂二元混合颗粒的初始流化特性。所有二元混合颗粒均由颗粒密度相同但粒径不同的A、B、C、D四类颗粒组分两两按照一定质量分数混合而成。采用FXC-Ⅱ/32型压力巡检仪测得了不同轴向位置床层的压降曲线,得到了不同二元混合颗粒的起始流化过程特性曲线和起始流化速度。实验结果表明,两种颗粒组分平均粒径大小和差异及其组分质量分率对二元混合颗粒的起始流化特性具有显著影响。A类颗粒加入可显著改善B、C和D类颗粒的流化质量;C类颗粒加入量过大会使混合颗粒在流化过程中出现严重的沟流现象;当浮升组分(小颗粒)质量分数为0.4时,组分粒径差异较大的二元混合颗粒在流化过程中最容易发生完全分级现象;对于粒径差别较大的二元颗粒组分,床层最小流化速度随小颗粒组分的增多而下降,而对于具有较强颗粒间作用力组分的二元颗粒组分,床层最小流化速度则随小颗粒组分的增多而增大。根据实验数据对等密度BD二元混合颗粒的起始流化速度预测公式进行了修正,发现实验值与计算值吻合较好。     

纳米TiO_2颗粒在声场导向管喷动流化床中的流化特性

在内径120 mm的半圆柱型声场导向管喷动流化床中,以平均粒径290 nm的TiO_2颗粒为原料,高速空气射流为喷动气,考察了操作条件、声参数(频率和声压)对纳米颗粒在声场导向管喷流床中的流态化特性的影响。结果表明:声波可以有效抑制沟流,改善环隙流化质量,防止射流旁路,从而促使粉体稳定循环,加快循环速率;同时声波可以显著地降低纳米TiO_2颗粒的最小喷动速度,声波频率一定时,最小喷动速度随声压的增加而减小;声压一定时,最小喷动速度在声波频率为80 Hz时达到最小值,低于或者高于80 Hz,最小喷动速度都会增大。     

煤沥青球气固流化磨损特性实验研究

固体颗粒的流化磨损是流态化技术重要的基础问题之一,气固流动过程中颗粒的磨损特性以及两种磨损机制的研究,对流态化技术的应用具有重要意义。针对煤沥青球设计可视化冷态流化实验系统,研究表观气速、初始粒径和高径比对颗粒流化磨损行为的影响,探讨颗粒流化磨损机理。结果表明：经过流化磨损后,仍在初始粒径范围内的煤沥青颗粒球形度增加,表面更光滑;流化磨损过程受到体相断裂和表面剥层两种磨损机制的共同作用：高速磨损阶段由表面剥层主导,低速磨损阶段表面剥层和体相断裂同时存在,稳态阶段再次由表面剥层主导;提高表观气速和高径比、降低初始粒径均会加剧流化磨损过程,流化数从2.7增加到3.9,体相断裂和表面剥层程度分别增加了3.6%和1.4%。     

射流环流反应器中颗粒悬浮的数值模拟

为确定射流环流反应器中射流所能驱动的环流速度的大小,以此来确定催化剂颗粒的粒度。在二维轴对称假定下,采用雷诺应力模型(RSM)模拟考察了导流筒与反应器直径比(De/D)、反应器底部型式、射流口与导流筒下缘距离(Hn)的变化对环流流量与射流流量比(RQ)的影响,并结合离散相模型(DPM),模拟了不同几何结构,不同射流速度下,不同粒径催化剂颗粒的悬浮情况。研究表明,De/D为0.67时RQ最大,而不同底部型式和Hn下的RQ相差均低于3.6%,影响可以忽略;但反应器底部的锥形设计以及较低的Hn值有助于改善催化剂颗粒的悬浮状况;按给定的设备结构参数和物性参数,得出了低体积浓度(约0.1%)下实现催化剂完全悬浮于整个设备的临界射流速度(Vnc),建立了Vnc与催化剂颗粒粒径的关联式。通过模拟方法实现了催化剂粒径的设计、射流速度的选择和设备结构的优化。     

Experimental study on solid circulation in a multiple jet fluidized bed

Particle image velocimetry was used to investigate the evolution of multiple inlet gas jets located at the distributor base of a two‐dimensional fluidized bed setup. Results were used to estimate the solid circulation rate of the fluidized bed as well as particle‐entrainment into the individual jets. The effects of fluidization velocity, orifice diameter, orifice pitch, particle diameter, and particle density were studied. It was determined from this study that the solid circulation rate linearly increased with an increase in the fluidization velocity until the multiple jet system transitioned from isolated to an interacting system. In the interacting system of jets, the solid circulation increased with fluidization velocity but at a much lower rate. For multiple jet systems, this phenomenon may indicate the presence of an optimum operating condition with high circulation rate and low air input in the bed. © 2011 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 58: 3003–3015, 2012     

基于XCT的气固流化床布风板射流特征研究

构建了X光层析成像（XCT）气固流动参数测量系统,基于锥形束滤波反投影算法（FDK）开发了CT三维重建软件,并设计了射流识别及量化算法。基于以上方法获得了不同流化风速下床料粒径d_p、布风板孔口直径d₀和布风板孔口均分面积A₀对射流形态结构和几何特征的影响规律。结果表明平均射流长度L、最大直径D和体积V与床料粒径d_p成反比,与孔口直径d₀和孔口均分面积A₀成正比,最终拟合了流化床平均射流长度关联式。     

振动流化床中流动结构的混沌分析

在内径90mm、静床高800mm的高床层流化床中,用动态压力传感器检测了不同气速条件下普通流化床和振动流化床中沿轴向的压力脉动信号,通过小波变换对信号除噪后,用混沌理论对信号进行了分析.通过关联维数和Kolmogorov熵定量表征振动流化床中的流动结构特征.结果表明:压力脉动信号的关联维数和Kolmogorov熵能够描述振动流化床中的流化状态;振动流化床中床层的流动结构存在两个区,在近分布板区域为射流区,床层主体部分为均匀流化区.     

基于图像法喷动床内空隙率研究

利用图像二值化方法处理图片,并采用Matlab编程实现空隙率的测量,从微观层次分析空隙率对喷动流化床内流动状态的影响。研究了颗粒粒径、喷口数量和表观气速对空隙率分布的影响。结果表明,增大表观气速使床层底部的稀相区增大,床层膨胀高度增加,空隙率也随之增加。增大颗粒粒径会增大最小临界流化速率,所以在其达到流化状态后流化床内颗粒粒径增大,床内喷动区空隙率减小比较明显。在相同条件下,与单喷口相比双喷口在床层底部附近存在合并射流,同时颗粒能到达的高度显著增加,底部两侧停滞区面积减小。结合对空隙率的分析,提出一种新的表征流化床内流化状态的参数(流化指数),可以直观地表示流化床内颗粒的流化状态。     

Simulation and experiment of segregating/mixing of rice husk–sand mixture in a bubbling fluidized bed

The fluidization behavior of rice husk–sand mixture in the gas bubbling fluidized bed is experimentally and theoretically studied. The relevancy of the pressure drop profile of rice husk–sand mixture to the definition of its minimum fluidization velocity is discussed, and the minimum fluidization velocity of rice husk–sand binary mixture is determined. The distributions of mass fraction of rice husk particles along the bed height are measured, and the profiles of the mean particle diameter of mixture are determined. A multi-fluid gas–solid flow model is presented where equations are derived from the kinetic theory of granular flow. Separate transport equations are constructed for each of the particle classes, allowing for the interaction between particle classes, as well as the momentum and energy are exchanged between the respective classes and the carrier gas. The distributions of the mass fraction of rice husk particles and the mean particle diameter of binary mixture are predicted. The numerical results are analyzed, and compared with experimental data.     

生物质热裂解双仓式气力输送喂料装置输料特性

设计制造了一套生物质热裂解用双仓式气力输送喂料装置,研究流化气速、喷动气速、有效喷射距离（s=50mm、100mm、150mm、200mm）、输料管内径（d ₁=21mm、24mm、29mm）和生物质颗粒粒径对进料率的影响。试验结果表明,进料率随着流化流速、喷动气速、输料管内径、生物质颗粒粒径的增大而增大。在有效喷射距离为100mm时,进料率最高。固气比随着流化气或喷动气速的增加先增加后降低,在流化气和喷动气的共同作用下,随着气体流速的增加固气比一直在降低。为了描述进料率与喷动气速、流化气速、有效喷射距离、输料管内径以及生物质颗粒粒径之间的关系,采用多元线性回归分析,建立了多元线性回归模型。开展了额外试验验证模型的准确性,结果表明试验值和预测值误差在±10.2%以内,表明所建立的模型可靠,可以利用该模型预测喂料器的进料率。     

双组分射流床中射流穿透深度的研究

使用多相流模型计算了灰熔聚流态化粉煤气化器中双组分的射流穿透深度。较科学地讨论了模拟计算中射流边界的定义；提出在工业气化器的操作条件下，用基于颗粒个数的算术平均法求混合物的平均直径，从而将双组分问题简化为单组分的计算，求出的射流穿透深度与实验值或文献值比较吻合，并发现床层表观气速的影响较大。     

振动流化床双组分颗粒的混合与分离

研究了振动流化床中颗粒的轴向浓度分布及最小流化速度,根据不同操作条件下最小流化速度的实验值,定义了最小流化速度的计算式;同时考察双组分颗粒混合与分离情况,根据实验结果,修正了Ｎｉｅｎｏｗ定义的双组分颗粒的转变气速,并与实验值相符。     

铁基载氧体与干化市政污泥二元混合物流化特性

化学链燃烧技术处置污泥可有效抑制有害气体排放,但干化污泥与铁基载氧体的物理性质相差较大,在流化床内会产生混合分离等问题。在内径(φ)为100 mm的有机玻璃冷态流化床装置上,进行了干化污泥与载氧体二元颗粒流化实验,讨论了颗粒粒径大小、干化污泥与载氧体质量比和操作风速对二元颗粒流化特性的影响。结果表明,污泥与平均粒径为0.66 mm的载氧体能实现混合流化,最小流化速度 和最小混合操作风速Um相等;污泥与平均粒径为1.46 mm的载氧体流化时,随操作风速增大,逐渐由分离流化状态过渡到混合流化状态,Um? ;污泥与平均粒径为2.43 mm的载氧体流化时,始终保持分离流化状态。基于提出的表征混合/分离流化状态的无量纲数Gd,当00.8时处于分离流化。