振动流化床临界流化速度理论预测与实验研究

根据振动流化床床层动力学特性,提出了第一、第二流化段,第一、第二临界流化速度的概念。从流化床临界流化速度的定义出发,得出了振动流化床第一临界流化速度数学模型。在二维振动流化床内,以不同粒径的玻璃珠为床料进行实验研究,分析了振动和其它操作条件对临界流化速度的影响,通过实验数据关联得到了振动能量传递系数的数学表达式,并将模型预测与实验结果进行了对比。结果表明振动强度增加,第一、第二临界速度均减小,振动对第一临界流化速度影响更显著,当振动强度超过1.57后,不通气体床层也能流化,第一临界流化速度降为零,模型预测与实验结果有较好的一致性。

增压流化床热态临界流化速度的实验研究

在内径80 mm的加压热态流化床实验台上,测量不同粒径的石英砂和陶粒砂两类实验物料在压力(0.1～0.6 MPa)和温度(20～800℃)范围内的最小流化速度umf。实验结果表明:在相同的温度下,最小流化速度随压力的增加而减小,而在相同的压力下,温度对最小流化速度的影响随床料种类的不同而有明显的差别。较全面地总结了文献中已有的umf经验关联式,发现umf计算值与本实验值偏差较大。基于厄贡方程和文献中已有的关于最小流化空隙率的实验结论,给出了确定增压流化床热态最小流化速度的合理计算步骤。该方法的预测值和实验值的相对误差在10%以内,为增压流化床反应器的设计和运行提供较可靠的参考依据。

热态临界流化速度研究

在内径80mm的鼓泡流化床实验台上，测量了3种粒径范围（0．18-0．315、0．25～0．35、0．28～0．45mm）的石英砂颗粒在室温及高温（250～850℃）下的临界流化速度umf。结果表明：umf在测试范围内基本不随温度变化，随床料粒径的增大而增大。较全面地总结了文献中已有的Umf经验关联式，发现室温下umf计算值与试验值偏差不大，但高温下，2者相差较大。基于试验数据拟合得到新的计算umf的经验公式，公式预测的临界雷诺数Remf与试验测得的Remf的离散程度在10．06％之内，为流化床反应器的设计和运行提供了可靠的依据。

二元气-固流化系统临界流化速度的研究

在直径为4cm的有机玻璃流化床中,对由不同尺寸和质量分数的铁矿石和煤颗粒组成的二元气-固流态化系统进行了流化特征的实验研究,得到了该系统的流化特性曲线,给出了临界流化速度和二元系统混合颗粒平均直径之间的关系,用该关系式对临界流化速度进行了预测,并且将预测值和实验值进行了比较。结果表明,当煤颗粒的质量分数为10%时,临界流化速度umf与颗粒直径的平方dm2的关系为umf=0.13dm2+1.2;当煤颗粒的质量分数为20%时,两者的关系变为umf=0.12dm2+1.2,预测值与实验值误差在10%以内。

超细颗粒聚团流化的临界流化速度

在内径50 mm的流化床实验台上,测量SiO_2、Al_2O_3和TiO_2 3种超细颗粒原生粒径从30 nm增加到5μm的临界流化速度(Umf),并以Geldart A类颗粒(粒径45μm)为参照。结果表明:3种超细颗粒的Umf随粒径的变化规律一致,随原生粒径从30 nm增加到5μm,Umf逐渐增大;当颗粒粒径增加到45μm,Umf大幅度减小,其与原生粒径为30和200 nm时接近。对于不同材料,Umf由大至小的顺序依次为TiO_2、Al_2O_3、SiO_2。粉体安息角测量表明:对于同种材料颗粒,原生粒径对超细颗粒的Umf和安息角的影响规律一致,即5μm超细颗粒的安息角最大。聚团尺寸模型计算表明:稳定流化时,聚团尺寸随原生粒径的变化趋势以及随不同材料的变化趋势均与Umf的变化趋势一致。研究结果为超细颗粒流化临界速度预测研究奠定了基础。

内置水平管的振动流化床中混合物的临界流化速度

在内置水平管的矩形振动流化床内研究了玉米粒和塑料珠混合物(Geldart D颗粒)中的流体力学性质。考察了颗粒质量分数、振动频率、振幅和内置水平管对混合颗粒的临界流化速度的影响。实验表明,振动的加入降低了混合物的临界流化速度。根据振动流化床的动力学特性,分析床层中颗粒受力情况,建立了混合颗粒物在振动流化床中临界流化速度的两类数学模型。通过实验数据建立两种模型的关联式所得的计算值和实验值误差控制在10%以内,吻合较好。

增压富氧气氛下临界流化速度的计算研究

利用实际气体方程对3种气氛(空气,21O2/79CO2,30O2/70CO2)、两类颗粒(Geldart B和Gel-dart D),在温度范围20～1 000℃,压力范围0.1～4.0 MPa下,计算分析了气氛、粒径、压力和温度对临界流化速度Umf的影响。计算结果表明:随着压力的升高,Umf不断减小;随着温度的升高,Umf先增大后减小,且床层压力越大,达到峰值所需的温度越高。富氧气氛下Umf比空气下小,且粒径越大,Umf越小。模型计算与实验结果吻合较好,为增压富氧气氛下Umf的计算提供了参考。

循环流化床临界流化速度的试验研究

为了克服利用经验公式计算临界流化速度的局限性,在以生物质为燃料的循环流化床试验台上进行了冷态状态下床料(石英砂)临界流化速度的试验研究.选取不同的床层高度和不同粒径的石英砂进行分组试验.通过压降-流速图来分析床层高度和颗粒粒度对临界流化速度的影响.结果表明:临界流化速度随着粒度的增大而增大;而在粒度一定的情况下,床层高度的变化不影响临界流化速度值.

高温流化床中IH I灰样的临界流化速度研究

在 D8 2的不锈钢高温流化床实验台中 ,以 IHI灰样作为实验物料 ,研究了高温流化床的临界流化速度 .结果表明 ,对于属于 B类粒子的 IHI灰样 ,温度由常温升高到 1 0 0 0℃时 ,雷诺数小于 40 ,流化床运动处于层流运动区范围 .随着床层温度升高 ,物料颗粒的最小流化速度减小 .根据实验结果提出了预测不同温度下的该灰样颗粒最小流化速度式 .

双峰聚乙烯颗粒临界流化速度的研究

针对环管和流化床串联的组合工艺中双峰聚乙烯黏性颗粒流化状况不佳的现状,利用压差法系统考察了温度和粒径对临界流化速度的影响,以及温度对粒径分布的影响.结果表明,压降-气速关系不符合经典轨迹,压降曲线波动较普通树脂显著,流化过程依次表现为颗粒流化和聚团流化两个过程.由于双峰聚乙烯中低相对分子质量部分的存在,聚合物颗粒间表现出较强的黏性,引起团聚现象,粒径分布变宽.表观最小流化速度与经典公式计算数据偏离较大,其数值随温度的升高呈增大趋势,且粒径越小,温度对最小流化速度的影响就越大.通过添加黏性力项,重新建立颗粒的力平衡,获得了具有较高精度的临界流化速度模型.

生物质与媒体混合系统的临界流化速度

本文介绍了生物流化床流化特性的研究结果。试验是用一定量的河砂加入不同份额的生物质作床料，研究和探讨了双组分颗粒系统的临界流化速度与各单组分物料的临界流化速度、体积份额之间的关系。

临界流化速度的计算及应用

文中比较了两类计算临界流化速度的公式的不同，推荐Ｗｅｎ＆Ｙｕ公式作为预测临界流化风速的公式。分析了宽筛分物料临界流化速度的计算方法，提出在工程实际高温条件下应用该方法进行预测临界流化速度是最合理的选择。同时指出应用临界流化速度公式时应注意的几个问题。

大颗粒振动流化床颗粒临界流化速度研究

建立了带内置水平管的振动流化床,并以颗粒状磷酸一铵为实验物料对带内置水平管的大颗粒振动流化床颗粒临界流化速度进行了实验研究。结果表明,振动的引入对颗粒临界流化速度有着明显的降低作用;同样床层条件下振动频率和振幅越大,床层临界流化速度越低;振动对小粒径颗粒的影响稍强于大粒径颗粒;由实验数据拟合出用于预测该类流化床临界流化速度的经验公式,公式与实验数据吻合良好。

宽筛分颗粒高压热态最小流化速度的实验研究

在内径80 mm的加压热态流化床实验台上,以4种不同平均粒径的宽筛分颗粒为实验物料,研究了在压力(0.1～4.5 MPa)和温度(20～800℃)范围内实验物料的最小流化速度。实验结果表明:在相同的温度下,最小流化速度随压力的增加而减小。而在相同的压力下,温度对最小流化速度的影响随床料的种类的不同而有明显的差别。基于Ergun方程和床层受力分析,得到了最小流化速度的计算式,给出了高温高压宽筛分颗粒流化床最小流化速度合理计算步骤,并与其他研究者的关联式和实验结果进行了对比,结果表明本文提出的预测方法与实验结果吻合较好,相对误差在10%以内,为增压流化床反应器的设计和运行提供较可靠的参考依据。

涡旋式流化床生物滤器水力特性试验

为把流化床生物滤器应用于循环水养殖系统,探讨其较佳的设计与运行参数,研制了一种涡旋式流化床生物滤器,并对其水力特性进行了试验研究。试验装置使用石英砂作为填料,设计了0.18～0.25、>0.25～0.425和>0.425～0.6mm3组不同粒径范围的石英砂和40、50、60、70、80和90cm6组不同初始砂床高度的双因素试验,探讨了石英砂粒径和初始床层高度对砂床流化性能的影响。结果表明:3组不同粒径范围石英砂的临界流化速度分别为(0.061±0.0088)、(0.25±0.011)、(0.48±0.014)cm/s。砂床要保持良好的流化状态,初始砂床高度与床层直径的比值(高径比)需分别大于1.43,1.78和2.14,且高径比与石英砂粒径大小成正比;在相同的膨胀率下,当初始砂床高度增加时,表面流速基本保持不变。床层压降测量显示,3组不同粒径范围石英砂单位床高的压降值分别为(7530.66±215.98)、(6925.66±364.58)和(6790.08±277.95)Pa/m,使用0.18～0.25mm石英砂测得的压降试验值与理论值较为接近,误差在2%～3%。基于Ergun方程,采用回归拟合方法得出涡旋式流化砂床临界流化速度的数学模型,可为流化床的设计和应用提供技术依据。

基于CFD-DEM方法的加压鼓泡床气固流动特性数值模拟

为明确加压鼓泡流化床内气固两相流动基本规律以及压力的影响机制,为多种工业过程领域加压鼓泡流化床反应器的设计、运行和放大提供有益参考.文中基于CFD-DEM方法,以开源软件Mfix为计算框架,开展了加压鼓泡流化床气固两相流动数值模拟研究.首先依托薄矩形加压鼓泡流化床试验台数据进行模型验证,在此基础上,系统地研究了操作压力对Geldart B类颗粒临界流化速度的影响,获得了不同操作压力下床层内颗粒运动与分布规律以及气泡尺寸和频率分布.数值模拟结果表明:在0.1~0.7 MPa,随着操作压力的升高,Geldart B类颗粒临界流化速度减小,并且在低操作压力下临界流化速度随操作压力变化更加明显;同时,随着操作压力的升高,床层内气泡尺寸减小,床层均匀性有所改善.

过热蒸汽流化床干燥流动特性实验

在对过热蒸汽流化床干燥过程中干燥室内过热蒸汽和颗粒物料之间流动特性的理论分析基础上,以油菜籽颗粒为实验物料,在小型实验装置上进行了过热蒸汽和热空气的流态化对比实验。实验结果分析表明,相同条件下过热蒸汽流化床干燥的操作速度比传统热空气流化床干燥的操作速度更大,在给定的实验工况条件下,油菜籽过热蒸汽流化床干燥的临界流化速度为1.26 m/s。

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。

颗粒球形度与Zingg指数对流化床燃烧过程影响的研究

流化床燃烧理论对颗粒形貌因素的考虑是引入球形度的概念,但球形度不能区别出不同的颗粒形态.本研究比较了描述颗粒形貌的球形度与Zingg指数,认为Zingg指数可以很好的区分出颗粒的片状和棒状形态.通过冷态流化实验发现非球形颗粒临界流化速度要小于相同直径下的球形颗粒,但流化质量较差.非球形颗粒比球形颗粒床面消失滞后,出现流化延迟现象.根据非球形颗粒流化床的床层特点,定义流化惰性系数来评价颗粒的流化质量,片状颗粒的流化惰性系数与Zingg指数有较好的拟合关系,可以使用惰性系数对片状颗粒的临界流化速度进行修正.

炼焦煤调湿流化床料层流化特性实验研究

为研究流化床煤调湿流化机理,优化工艺参数,改进和开发流化床煤调湿装置,采用有机玻璃制成流化床冷态实验台对颗粒料层流化特性进行研究,对生产实际用煤的4种不同粒径范围的颗粒分别用3种初始料层高度进行分组实验研究。给出不同实验条件下的流化速度、床层高度、颗粒平均粒径、压降等参数的流化特性曲线,得出各条件下的临界流化速度,并分析影响临界流化速度的主要因素及其相互关系。通过线性回归得到临界流化速度与颗粒平均粒径平方根呈线性关系的预测公式,并根据量纲分析法给出应用条件更广的准数方程。研究结果表明:由线性回归所得预测公式与系数显著性好,有较高的可靠性;得到临界流化速度与阿基米德准数0.25次方呈线性关系的预测公式,这可对设计和操作煤调湿装置提供较可靠的参考依据。