气固两相流中局部颗粒质量流率的测量新方法

Previous works have shown that the suction probe cannot be used to accurately measure the upward and downward particle fluxes independently. A new method using a single optical probe to measure the local solid flux is presented. The measurement of upward, downward and net solid fluxes was carried out in a cold model circulating fluidized bed (CFB) unit. The result shows that the profile of the net solid flux is in good agreement with the previous experimental data measured with a suction probe. The comparison between the average solid flux determined with the optical measuring system and the external solid flux was made, and the maximum deviationturned out to be 22%, with the average error being about 6.9%. These confirm that the optical fiber system can be successfully used to measure the upward, downward and net solid fluxes simultaneously by correctly processing the sampling signals obtained from the optical measuring system.     

上行气固两相流充分发展段的颗粒浓度

在Ф100mm× 16m循环床提升管实验装置上测试了134组操作条件下提升管 12个截面位置的平均颗粒浓度 ,其中 113组操作条件下提升管中的气固两相流展现出明确的充分发展段 .结果表明 ,充分发展段的颗粒浓度εs 随颗粒循环量G_s 的增加而增大且具有显著的线性关系 ,ε_s 随表观气速U_g 的增加以幂函数关系减小 .所提出的实验关联式不仅较好地拟合了本文所获得的充分发展段的平均颗粒浓度数据 ,而且诠释了以往有关提升管稀相段出口颗粒浓度预测结果之间的差异 ,更明确地反映了充分发展段颗粒浓度与操作参数之间的定量关系     

下行气固两相流充分发展段的颗粒浓度

在较宽的操作条件范围内采用光纤颗粒浓度探头测定了下行管(φ100 mm×9.5 m)充分发展段内的真实颗粒浓度,并结合文献上的大量实验数据,系统研究了操作条件、颗粒直径和床层直径对下行气固两相流充分发展段内真实颗粒浓度的影响.结果表明,当操作气速一定时,充分发展段内的颗粒浓度随着颗粒循环速率的增大而线性增加.颗粒直径对下行床充分发展段内颗粒浓度的影响随操作气速的增加而逐渐减弱.床层直径对下行床充分发展段内的颗粒浓度基本上没有影响.所提出的预测关联式能很好地拟合本文及文献上的实验数据.     

气固两相流中颗粒时均速度的测量新方法

根据互相关测速技术提出了一种测量颗粒时均速度的新方法,与Aguillon和Nieuwland提出的方法相比,本方法不仅考虑了采样时间内向上及向下运动颗粒微元体的速度和数量变化,而且还考虑了所测颗粒微元体的浓度变化. 为了比较几种测量方法间的差别,采用PV4A型光纤测量仪,在循环流化床冷态实验装置上测量了不同操作条件下的颗粒速度,并对3种方法的计算结果进行了对比. 结果表明,在高气速、低颗粒浓度条件下,3种方法计算的颗粒时均速度相差较小,而在低气速、高颗粒浓度条件下,3种方法计算的颗粒时均速度相差较大,并且本文方法所计算的颗粒质量流率与实际测量值最接近.     

相平衡和径向分布函数(Ⅰ)——相平衡的质量通量准则

提出了描述相际分子转移行为的双阻力物理模型,并给出每项阻力的计算方法;导出一相中的分子向另一相转移的质量通量的计算公式;提出了相平衡的质量通量准则以代替化学位准则,并因此得到两相平衡时的密度关系方程;该方程用于预测液体的蒸气压并取得较好的结果。     

快速流化床中颗粒浓度及颗粒速度的径向分布

本文在φ140mm的气固并流下行快速流化床中,研究了颗粒浓度及颗粒速度的径向分布随操作气速、颗粒循环速率以及床层轴向位置的变化规律。并探讨了颗粒质量通量的径向分布及颗粒流动的均匀性,表明在相同操作条件下,下行快速流化床中气固流动远比上行快速流化床均匀。     

高颗粒通量循环流化床的构型作用

In order to achieve high solids circulation rate (G_s),an idea of coupling a moving bed to the bottom section of the riser of a circulating fluidized bed (CFB) was proposed and tested.The results from the preliminary study demonstrated that the solids circulation rate in the new-structure bed approached 370 kg·m^-2·s^-1 at superficial gas velocities around 10.5 m·s^-1 for sand particles with an average Sauter mean size of 378 μm.This study was devoted to further justifying the effects of the coupled moving bed by performing comparative studies in two CFBs with conventional configurations.It was shown that the pressure at the riser bottom and the realized solid circulation rate were only about 15 kPa and 230 kg·m^-2·s^-1 in the two conventionally configured CFBs,obviously lower than 25 kPa and 370 kg·m^-2·s^-1 in the moving bed coupled CFB.These verified that the coupled moving bed increased the force driving particles form the particle recycling side into the riser.The study further tested the effect of a few specially designed riser exit configurations,revealing that a smooth riser exit could facilitate solids circulation to increase the solids circulation rate.     

耦合粗粒化离散颗粒法和多相物质点法的气固两相流模拟

在气固两相流动的模拟中严格处理颗粒运动和颗粒相互作用时,欧拉?拉格朗日(EL)方法比欧拉?欧拉(EE)方法更具优势。但传统的EL方法仅能处理少量颗粒。将颗粒群作为单个计算颗粒处理可扩大模拟规模,粗粒化离散颗粒法(CG-DPM)和多相物质点法(MP-PIC)是其中两种主要方法,分别更适用于稠密和稀疏的颗粒流体系统。将两种方法耦合建立了更通用、准确和有效的EL方法,比较了不同耦合参数下流型、固相分率分布等定量信息,确定了最佳耦合参数。     

原料颗粒形状对粉煤灰基陶瓷微滤膜通量的影响

以球形颗粒和非球形颗粒粉煤灰为原料,制备了对称陶瓷膜。讨论了膜的渗透性能。结果表明,膜的纯水通量和成膜颗粒的球形度成正比,球形颗粒制备的陶瓷膜平均孔径0.94μm,在0.1 MPa的跨膜压差下,纯水通量为11 306 L/(m~2·h),为非球形颗粒制备的陶瓷膜通量的1.13倍。球形颗粒粉煤灰同时表现出低成本原料优势和高通量颗粒形状优势。     

原料颗粒形状对粉煤灰基陶瓷微滤膜通量的影响

以球形颗粒和非球形颗粒粉煤灰为原料,制备了对称陶瓷膜。讨论了膜的渗透性能。结果表明,膜的纯水通量和成膜颗粒的球形度成正比,球形颗粒制备的陶瓷膜平均孔径0.94μm,在0.1 MPa的跨膜压差下,纯水通量为11 306 L/(m²·h),为非球形颗粒制备的陶瓷膜通量的1.13倍。球形颗粒粉煤灰同时表现出低成本原料优势和高通量颗粒形状优势。     

上行气固两相流充分发展段颗粒浓度关联及预测

在高度分别为15.1m和10.5m的两套实验装置上,对快速流态化到稀相气力输送流型下提升管内的轴向压力梯度进行了系统测试,以研究提升管充分发展段内不同颗粒的浓度变化及其与操作参数的关系。实验在其中175组操作条件下展现出明显的充分发展段(>2.8m)。结果表明,表观气速在3~8m?s-1之间变化时,对充分发展段颗粒浓度随终端颗粒浓度的变化关系影响显著,但当表观气速>8m?s?1或<3m?s?1时,其对充分发展段颗粒浓度随终端颗粒浓度线性增加的关系影响极弱;在此基础上提出的预测关联式更明确地反映了操作条件等因素对充分发展段颗粒浓度的定量影响关系,其计算结果与本实验和相关文献的实验数据吻合良好。     

A Numerical Sirnulation of Gas-Particle Two-Phase Flow in a Suspension Bed Using DifFusion Flux Model

A mathematical modei of two-dimensional turbulent gas-particle twophase flow based on the modified diffusion flux modei (DFM) and a numerical simulation method to analyze the gas-particle flow structures are developed. The modified diffusion flux modei, in which the acceleration due to various forces is taken into account for the calculation of the diffusion velocity of particles, is applicable to the analysis of multi-dimensional gas-particle two-phase turbulent flow. In order to verify its accuracy and efficiency, the numerical simulation by DFM is compared with experimental studies and the prediction by k-ε-kp two-fluid modei, which shows a reasonable agreement. It is confirmed that the modified diffusion flux modei is suitable for simulating the multi-dimensional gas-particle two-phase flow.     

16m高气固提升管中的压力梯度与流动行为研究

在较宽操作条件范围对16m高提升管中气－固两相流（空气－FCC颗粒）的压力梯度进行了实验测试,进一步揭示了快速流态化和密相气力输送这两种流动形态的动力学特征及其与操作参数的关系。结果表明,在表观气速增大的过程中气固提升管中的轴向压力梯度并非总是不断趋于均匀分布;提升管高度对快速流态化到密相气力输送状态的过渡有重要影响,对于给定的表观气速,提升管高度增加将使过渡点所应的颗粒循环量和床层颗粒浓度都减小。本实验条件下所有过滤点对应的床层颗粒浓度较为一致,平均为0．0104,并由此得到过渡点操作参数Ug与Gs的关联式。本文研究表明,在以往工作基础上进一步研究提升管高度对流动行为的影响极有必要。     

气液两相流流型识别新方法研究

基于电容层析成像技术(ECT),提出一种快速在线气液两相流流型识别新方法。实验表明,该方法简便易行,对于层状流、环状流、核心流以及塞状流均具有较高的识别准确率,可以满足工业在线运行需要。     

快速流化床内气固两相流动态压力的实验研究

对快速流化床内轴向动态压力进行了测量,分别通过标准偏差、功率谱以及多尺度小波分析研究了流化床内的动态特性。研究结果表明:压力脉动的强度沿轴向由下至上逐渐衰减,且在循环速率较高时,底部压力脉动标准偏差与顶部之间存在着明显的转折;压力信号的主频随着颗粒质量流率的增加,其所对应的峰值(即脉动强度)有所增加,而主频的频率逐渐降低。通过压力脉动的小波多尺度分析表明:流化床内压力脉动中,小尺度信号主要体现在由于气体与颗粒的湍动、颗粒碰撞、颗粒团聚物的形成与破裂等高频部分的信号;中尺度信号主要捕获来自于不稳定进料所引起的较大的压力脉动;大尺度信号与床层的宏观稳定性相关。研究结果表明,通过对动态信号的微观分析可以深入认识气固两相流的瞬态参数特性以及气固间的相互作用机制。     

基于神经网络的两相流流型识别方法研究

采集了水平管内气水两相流动的差压信号,利用概率密度函数(PDF)对差压信号特征进行了分析;定义了PDF的四个特征参数,即PDF波峰个数K1、波峰峰值K2、波峰位置K3、以及PDF的方差K4来反映流型的特征。运用四个参数构成的特征向量对径向基函数(RBF)神经网络进行训练并识别流型,结果表明,该方法具有识别速度快、准确率高的特点,从而为两相流的流型识别提供了一种有效的手段。     

燃烧器内气固两相流动的分区并行计算

采用Fortran语言自行开发的程序,在MPI编程环境下,对一新型燃烧器一次风喷咀及弯头组件内的气固两相流动进行了数值模拟。在求解过程中,将整个几何区域分解成若干相对简单的子区域,然后分别在各子域上对控制方程组进行离散多机并行求解。最后分析了计算机集群在数值求解复杂流动问题方面的实用性以及实际所能达到的计算效率。     

倾斜管柱气液两相流持液率计算方法研究

倾斜管柱气液两相流持液率的计算方法在石油工业中具有重要地位。采用Beggs-Brill相关式、Mukherjee-Brill相关式、Eaton相关式和杜克勒Ⅱ相关式计算了倾斜管柱的持液率,通过实验手段测量相同气液体积流量下,不同角度的持液率数据,分析了上述4种计算式的准确性,发现Beggs-Brill相关式比较准确。对Beggs-Brill相关式进行了分析,发现当其他条件一定时,其计算的持液率关于管柱倾斜角度具有一定的对称性,对称轴为50°,倾斜角度为90°时和10°时计算的持液率相等,结合所测量的实验数据,做出曲线发现在倾斜角度在45°到60°之间持液率最大,倾斜角度为90°的持液率与为10°的持液率比较接近,同时持液率随角度的变化具有一定的对称性。     

地形起伏管路气液两相段塞流模型研究

段塞流是气液两相流动中的一种常见流型,由于地形原因,管路多处于起伏状态,而目前国内外对起伏诱发的气液两相管路段塞流研究尚不成熟。针对实际气液两相管路中频繁出现的地形起伏段塞流,首先利用历史数据对现有段塞流模型的适用性进行了比较,建立了地形起伏状态下段塞流的液塞追踪修正模型,最后利用FLUENT软件进行了模拟,研究了管路起伏诱发状况对段塞流段塞分布、拐角处持液率、液塞长度和压降的影响,并将模拟压降与计算压降进行对比,结果表明建立的模型具有一定的精度,对于实际的地形起伏诱发段塞流管道的安全高效运行有一定的指导意义。     

密相输运床径向颗粒体积分数分布的研究

在提升管高17 m,内径0.102 m的密相输运床冷态实验装置中,采用B类石英砂颗粒,针对径向颗粒体积分数分布进行了研究。结果表明,径向颗粒体积分数分布不均匀:提升管中心至近壁面附近(r/R=0—0.7),颗粒体积分数较低且基本一致;近壁面处(r/R=0.7—0.9)颗粒体积分数显著升高;壁面附近(r/R=0.9—0.97)达到最大。增加固体循环流率或降低提升管气量,各径向位置颗粒体积分数都增加。其中壁面附近最为明显,提升管中心至近壁面附近变化较小。文中建立了径向颗粒体积分数分布描述关系式,对于A类颗粒和B类颗粒实验结果都能较好地预测。