非球形湿颗粒导向管喷动流化床流动特性

实际工业生产中颗粒多为非球形颗粒,对颗粒形状效应和液相作用机制的研究不足,是导向管喷动流化床在颗粒涂层改性、包膜等工业应用的关键限制因素。选取粒径、密度相似的球形和圆柱形非球形颗粒为实验物料,对比两种颗粒在不同气速和雾滴引入量下的压力脉动信号频谱分析、信息熵分析,并结合床内气固流动对流型进行划分,绘制非球形湿颗粒流动相图,进而探究喷动流化过程中颗粒形状效应及液相作用机制。相比于球形颗粒,粒径、密度相似的非球形颗粒有较小的最小喷动速度,在喷动过程中有两个及以上较低的主频峰且信息熵较大,显示出非球形颗粒在系统内较高的混乱程度,颗粒之间摩擦、碰撞等降低了导向管内颗粒的固体循环速率。液体的引入增大了环形区颗粒间液桥力,使最小流化速度变大,但液体挥发引起喷动气量增大,使最小喷动速度与最小喷动流化速度减小。在喷动流化流型下引入液体,球形颗粒导向管两端压降ΔpDT的脉动主频降低,而非球形颗粒ΔpDT的主频升高。而且非球形颗粒黏附液体后频谱分析结果显示幅值较大的单一主频峰,表明非球形湿颗粒压力脉动规律性的增强。

脉动流化床内青刀豆颗粒的混合特性数值模拟

青刀豆一般采用流化床装置进行速冻。为了解决其床层堵塞和聚集不良的问题,进一步提高青刀豆的混合效率,课题组建立了三维混合脉动流化床模型,将计算流体力学与离散单元法(computational fluid dynamics-discrete element method,CFD-DEM)相结合,探究1,2,4和8 Hz 4种不同频率的脉动进口风速下青刀豆颗粒的流化混合情况。仿真结果表明:脉动流化床对于青刀豆颗粒混合具有一定改善作用,青刀豆颗粒的轴向混合强于径向混合,4 Hz时颗粒混合标准偏差值最小;当进口风速的频率接近颗粒的自主振动频率时,床层膨胀最明显,出现类似“共振”的现象;2 Hz时颗粒径向、轴向混合效果最佳,频率过大或过小对于流态化增强效果不明显。

多喷嘴喷动流化床内气固两相流动与传热过程CFD-DEM模拟

为研究喷动床内颗粒的流体力学与传热特性,采用计算流体力学-离散单元(CFD-DEM)耦合方法对多喷嘴喷动流化床(IMJSFB)内的颗粒进行数值模拟,将模拟结果与常规喷动床(CSB)对比。结果表明:IMJSFB内颗粒混合与流动特性明显优于CSB,表明侧开孔的存在改善了颗粒流动死区现象。IMJSFB内的颗粒总势能和颗粒总平移动能均低于CSB,侧开孔对主喷嘴气体实现了分流,削弱了喷射区的颗粒运动。当颗粒的传热系数低、热容小、进气温度较低时IMJSFB的优势更显著。

喷动流化床内颗粒团聚结构与分布规律研究

为揭示湍动流化过程中颗粒团聚的基本结构,课题组基于矩形喷动流化床对B类颗粒进行试验研究。该实验平台利用控制变量法分析了操作条件、颗粒性质和沿层高度对团聚现象的影响,并提出以颗粒团聚分率来量化颗粒团聚程度。结果表明:床内分别出现了倒U形、U形、环核型、带状和网状5种典型的颗粒团聚结构;颗粒团聚分率随静止床高、颗粒直径的增加而增大;固定总表观气速,增大喷动气速,团聚分率呈现先减小后增大趋势;增大喷口宽度,团聚分率呈现出“S”型变化趋势;其沿床高则表现出先减小后增大的趋势。该研究对应用湍动流化气固流动结构的工业生产过程提供了实验依据。

喷动流化床在四氯化硅氯氢化工艺的应用研究

文章四氯化硅氯氢化制备三氯氢硅的工艺方法进行比较分析,对喷动流化床为核心设备的原理、结构、特点进行全面分析介绍,提出使用喷动流化床为核心设备的氯氢化工艺,归纳出最小喷动流化气速关联式,为喷动流化床的氯氢化技术工程化奠定了重要基础,喷动流化床作为一种重要的反应器类型,在四氯化硅氯氢化工艺中广泛应用,喷动流化床具有良好的传质和传热性能,能够实现高效的反应转化。通过合理地调控反应温度和压力,可以实现反应速率和产物选择性的控制,从而实现工艺的优化和规模化。

高温气化剂加压喷动流化床煤气化试验研究

在热输入0.1MW的小型加压喷动流化床试验装置上进行了高温气化剂煤气化特性的试验研究,考察了气化温度、压力、空气系数和汽煤质量比等工艺参数对高温空气/蒸汽作为气化介质的煤气化行为的影响。试验结果表明,在所研究的工艺参数中,气化温度对高温空气煤气化特性影响最为显著。压力对气化性能的影响主要体现在改善流化床气化炉床内流化质量。空气系数及汽煤比的影响从本质上看是通过改变气化反应温度来实现的,对于一个特定的流化床气化工艺,空气系数及汽煤比均存在一个适宜的操作区域。

喷动流化床颗粒混合特性的三维直接数值模拟

采用离散元方法,对喷动流化床内的颗粒混合特性进行了三维直接数值模拟。气相场采用欧拉方法,固相场采用拉格朗日方法;对每一个颗粒考虑了碰撞力、携带力和重力;颗粒碰撞采用软球模型。模拟喷动流化床上下两层颗粒的运动和混合过程,揭示颗粒的混合机制,同时提出表征颗粒混合质量的重要特征参数,并考察了喷动气速和流化气速对颗粒混合的影响。结果表明:由喷动气射流带动而形成的颗粒内循环是颗粒混合的机制;增加喷动气速度和流化气速度均有助于颗粒混合,使颗粒达到完全混合的时间减少且混合更均匀。

气化剂预热温度对加压喷动流化床煤部分气化的影响

在0.1MW加压喷动流化床气化试验装置上成功验证了高温气化介质煤气化新概念,并对气化介质预热温度对煤部分气化特性的影响进行了研究。结果表明,气化介质温度从300℃提高到700℃后,煤气中N2浓度降低导致煤气热值增加幅度达23%,煤气中可燃组分H2和CO浓度分别从10.6%和10.5%上升到15.2%和12.2%,不可燃组分N2和CO2浓度从60.3%和15.3%降低到55.7%和13.5%,而甲烷含量基本不变;相应的冷煤气效率由48.7%增加到59.6%。气化介质预热温度的变化对碳转化率和干煤气产率影响不大。

喷动流化床气固流动特性试验研究

在一喷动流化床冷态试验装置上,采用压力信号与快速摄像图像分析相结合的方法,研究喷动流化床气固流动特性;基于床内压力分布特征,提出将喷动流化床沿床高方向划分为3个流型区域:喷动段、鼓泡段和悬浮段,得出床内气固流动机理;研究并考察了喷动风、流化风速度对床层压降、空隙率、以及床内气、固内循环的影响,认为喷动风速度Us应低于最小喷动速度Ums,适当地增加流化风速度Uf,延长气体在床内的停留时间;增加流化风率有利于加强床内中心射流区和环形区气体的扩散和颗粒混合,提高气、固反应速率;喷动风速度对床内气、固内循环起着关键作用。

湍动流化床过渡段固含率分布特征的实验及数值模拟

在湍动流化床中,过渡段对于包括甲醇制烯烃在内的气固催化快反应有着重要的作用。采用PV6D反射型光纤探针对内径95mm的湍动流化床内过渡段的固含率分布和脉动参数进行了测量,分别考察了表观气速和静床高的影响,并采用修正的基于颗粒动力学的三段曳力双流体模型进行模拟。实验表明,湍动流化床过渡段中固含率的轴向分布呈现S型和指数型两种类型,固含率轴向与径向分布都在过渡段内出现最大梯度,表明过渡段中固体浓度分布比稀相段和密相段更不均匀。表观气速和静床高的变化将导致S型和指数型分布的相互转变,并且对过渡段底部与壁面附近的固体高浓度区影响最为显著。局部固含率脉动概率密度分布表明,在静床高较小时,随着气速的增大,床层下部气含率最大值位置将从中心区移动至环隙区,呈现气含率的双峰型分布。本文提出的修正三段曳力模型考虑了颗粒团聚的影响,对过渡段中分布板影响区之外的固含率分布均能较好地模拟。

导向喷动流化床生物质快速裂解制液体燃料

在冷模试验得到的优化的结构参数基础上,建立了一套生物质最大处理量为5kg/h的导向管喷动流化床生物质裂解反应器。反应在常压和440～520°C进行,以木屑为生物质原料,二氧化碳和氮气为喷动气或流化气,沙子为流化介质。结果表明该喷动流化床反应器可用于生物质的快速裂解。在400～480°C,液体产率随温度增加而上升,高于480°C时,二次反应的加剧又导致液体产品产率下降。固体和气体的产率则随温度的升高而减少。喷动气和流化气流量的增加均强化了反应器内的传热,并使生物质初始裂解产物的停留时间减少,二次反应进行程度减弱。在适当的裂解条件下液体产率可达73.2%,此时气体和焦的产率分别为12.8%和14.0%。所得液体产品为单一相液体,含水约30%,可用于燃烧。与流化床相比,喷动流化床作为生物质快速裂解反应器可明显提高液体产率。

加压喷动流化床煤气化数值模拟

建立了基于CFD的三维非稳态喷动流化床煤气化动力学模型.此模型包含气固流动模型,煤的挥发分析出模型,焦炭气化反应模型和气相间的均相反应模型等子模型.焦炭的非均相反应速率由气体扩散和化学反应动力学共同控制.气体均相反应可以作为二级反应来处理.将试验结果和模拟的计算结果进行了对比,结果表明,入口中心喷动区的温度最高,温度场沿床高方向逐渐降低.煤气质量在加压后有了明显提高.验证的结果表明此CFD模型可以用来预测煤气化的反应过程.

带导流管的喷动流化床的研究进展

综述了带导流管的喷动流化床的研究和发展现状, 在湍流气固两相流理论的基础上讨论其流体力学特性;

湍动流化床的流型与流型过渡

分别在直径为114mm 和244mm 的流化床中,采用压力探头和光导纤维探头考察了湍动流态化的上、下限及实验判别准则。发现床内局部点处的床空隙率随气速的变化符合于修正的 Richardson-Zaki 关系,并以此可以揭示出局部区域进入湍动流态化的流型过渡(上限)。压力脉动法的测量结果(U_c)还表明:此时,床内湍动流态化区域实际上已经占有相当的份额。另一方面,分析床内压力及床密度的脉动信号随气速的变化,可以判定脱离湍动流态化时的流型转变(下限)。本文还应用 Kolmogoroff 的湍流理论定性地分析了湍动流态化的湍流结构。

喷动流化床气固流动特性的三维数值模拟

采用离散元方法(DEM), 在用欧拉方法处理气相场的同时用拉格朗日方法处理离散颗粒场,对喷动流化床煤部分气化炉内的气固流动进行了三维数值模拟.直接跟踪床内每一个离散颗粒,考虑了碰撞力、携带力、重力、剪切提升力和Magnus 升力,颗粒碰撞采用软球模型.获得了喷动流化床典型操作参数下的流动结构、颗粒的受力、颗粒的速度分布、气体和颗粒的湍流强度等结果.结果表明,颗粒之间碰撞率随着喷动气速的增大而增大,随粒径的增大而减小,然而颗粒与壁面的碰撞率受喷动气速和粒径的影响不明显.颗粒的运动受重力、携带力和碰撞力主导,除喷动区与环形区交界外,Magnus力和Saffman力可以忽略.气体湍流强度是颗粒湍流强度的2～3倍,近壁面区的气体和颗粒的湍流强度均较小.

湍动流化床中气泡行为和压力脉动特性的研究

详细研究了在500mm×30mm×6000mm大型二维湍动流化床中FCC催化剂颗粒的床层轴向空隙率分布和床层的压力脉动。根据床层空隙率变化,建立了1个可以同时适用于鼓泡流化床和湍动流化床的气泡平均直径模型。该模型的计算结果与实验观察和实验测得的床膨胀规律均一致,并且与床层压力脉动的变化趋势也一致。在压力脉动沿床层轴向高度的分布图中,曲线呈水平"S"型。根据压力脉动的变化,床层可以分为分布板影响区、气泡生长区、料面影响区和稀相区4个区。根据床层稀、密相压力脉动的剧烈变化,提出了一种确定稀-密相界面高度的新方法,该方法简单实用。

喷动流化床流动形态变化的试验研究

在一个可视化的半圆柱喷动流化床试验台上研究了喷动流化床的流形变化规律．研究表明：随着喷动气量和流化气量的改变，床内会呈现不同的流动形态：固定床、带射流的流化床、喷动床、充气喷动床和喷动流化床．同时研究了最小喷动速度和最小喷动流化速度随喷动管内径、颗粒粒径、静止床高的变化规律，归纳了预测最小喷动速度和最小喷动流化速度的试验关联式，绘制了喷动流化床的流形划分相图．

加压喷动流化床煤部分气化试验

在热输入0.1MW的喷动流化床煤部分气化炉上以空气和水蒸气的混合物为气化剂,进行了徐州烟煤的加压部分气化试验.考察了气化温度、压力等工艺参数对煤气热值、煤气成分、脱硫效率等指标的影响.试验结果表明:气化温度对煤气化过程影响显著;而增大压力,床内气体速度降低,延长了气化剂在床内的停留时间;另外压力增加改善了床内的流化质量,从而提高了气化效率,改善了煤气质量.提高温度和增大压力均能提高脱硫效率,但温度对脱硫效率的影响更为明显.

湍动流化床内气固两相流动特性的数值模拟

采用欧拉-欧拉双流体模型,颗粒动理学方法模拟颗粒脉动流动和k-ε双方程模型模拟气相湍流流动,考虑气固两相间耦合作用,数值模拟湍动流化床内气固两相流动行为,获得颗粒浓度和颗粒速度分布.计算结果表明湍动流化床呈现下部密相区、上部稀相区的颗粒分布特性。在密相区,沿床径向方向颗粒浓度在床中心处低、壁面逐渐增高;在稀相区颗粒浓度分布较均匀.沿轴向方向颗粒浓度呈底部浓度高、顶部浓度低的"S"型分布。

导向管喷动流化床内颗粒停留时间模型

通过对导向管喷动流化床的喷动区和流化区分别进行质量平衡和动量平衡，得出了描述连续流动条件下其床层内粒子停留时间的数学模型。本模型所得计算结果与以前报道的实验结果一致。