从浆态床压力脉动信号中辨识气含率的多分辨分析方法

采用多分辨分析方法研究了浆态床中压力脉动时序信号的定量特征,借以从这类信号中提取气泡运动参数——气含率.具体做法是：确定压力脉动信号功率谱图上的主频,同时通过小波变换将压力脉动信号分解成不同分辨率下的低频和高频信号,据此确定对应主频的小波主尺度,并对该尺度上的信号的间歇行为以局部间歇性值（local intermittency measure,LIM）定量表征;选取合适的阈值后,对LIM二值化可得床层中的局部气含率.与压降法测得的平均气含率值比较表明,根据LIM分析方法计算得到的气含率与压降法实测气含率相一致,这也表明反应器内气泡的发生是导致浆态床压力脉动的主要因素.本文提出的方法提供了一种适用于高温、高压场合下测取床层气含率的简便、实用方法.     

气—液鼓泡塔中流动域和气含率的分布

利用压力传感器测定了气、液两相鼓泡塔内不同轴、径向位置上压强的脉动信号,分析了压强的脉动特征,计算了各种操作条件下塔内不同轴向位置截面上的平均气含率,发现在不同操作条件下,塔内可能出现不同的流动域分布,即全塔均匀鼓泡域、全塔过渡域、全塔湍动鼓泡域以及均匀鼓泡域,过渡域和湍动鼓泡域中的相邻2种或3种流域同时出现在塔内不同高度上。提出了不同轴向位置流域转变的判据。并发现,同一截面的不同径向位置基本处于同一流域内。同时研究了鼓泡塔内气含率在轴向上的分布规律,给出了不同流动域内气含率的关系式。     

浆态床鼓泡反应器中气含率的分布

为了解浆态床鼓泡反应器中气含率的分布规律,在浆态床鼓泡反应器冷模试验装置中,以空气-液体石蜡-氧化铝微球为试验介质对装置内部的气含率进行研究。利用压差法研究了表观气速、浆液固含量等操作条件对反应器床层总体气含率的影响,利用光纤探针法研究了浆态床反应器不同操作条件对局部气含率的影响,总结了反应器内部气含率的分布规律,并由此对工业浆态床鼓泡反应器的设计进行了研究。结果表明:浆态床反应器的总体气含率随表观气速的增大而增大,固体细颗粒的加入能适当降低总体气含率;在反应器底部,分布器对气体的均布作用明显,但表观气速的增大能够弱化分布器的作用;在反应器的中上部气含率不受分布器的影响,沿反应器径向呈现"中间高,边缘低"的分布趋势;在工业费托浆态床中,表观气速不宜低于0.12 m/s,内过滤系统适宜设置于反应器中上部靠近器壁的位置。     

煤直接液化鼓泡床反应器流场流动特性及强化机制

针对大型鼓泡床反应器存在返混增强、物料流场分布不匀匀性趋强以及传质效率低等影响反应器安全稳定高效运行的突出问题，开发了一种径向展开的新型阻尼分布器，在冷模试验平台上探索阻尼分布器对气泡聚并及破碎行为的影响规律，考察大型反应器中不同阻尼分布器组合方式的流场流动特性，探究了阻尼分布器组合在工业反应器放大过程中的流场强化效果。结果表明：设置阻尼分布器后，鼓泡床反应器冷模试验装置中湍流涡尺度减小，气泡破碎概率提高，不同气泡群经阻尼分布器后气泡群平均直径从13.48～24.38 mm降至9.40～20.38 mm,表面积增幅为8.5%～71.9%。设置阻尼分布器可提高反应器局部气含率和液速分布均匀性，适当增加阻尼分布器层数有利于扩大流场的轴向影响范围。增大阻尼分布器直径有利于减小各高度平面间局部液速的差值并提高局部气含率径向分布均匀性，不同高度平面中心液速的差值由0.6 mm/s降至0.3 mm/s,同一高度平面局部气含率方差可降至未设置阻尼分布器时的15%。在反应器放大过程中，流体绕流的径向范围扩大，设置阻尼分布器后局部气含率和液速分布均匀性进一步提高，同一高度平面局部气含率方差可降低至未设置...     

不同分布器对鼓泡塔气液两相流影响的CFD模拟

对不同分布器的鼓泡塔反应器内的气液两相流体动力学行为进行了三维瞬态数值模拟.模型采用欧拉-欧拉双流体模型以及RNG κ-ε湍流模型,研究了不同分布器设计对鼓泡塔反应器气液两相流的影响.模拟得到了鼓泡塔内整体气含率、液相速度矢量分布、时均气含率以及时均轴向液速的径向分布等结果,并对部分模拟结果与文献实验结果进行了比较,其结果吻合得较好,证实了随着分布器开孔越均匀则有利于加强流形的非对称性,从而加剧了气液两相径向混合,但对整体气含率的影响不大.     

鼓泡床反应器内流动与传质行为的研究进展

总结了有关浆态鼓泡床反应器内流动、混合用气液传质特性的研究成果,详细地介绍了鼓泡床反应器内气含率、液速、液体轴向扩散系数、传质系数的测量方法,阐述了鼓泡床反应器性能的主要影响因素,如系统压力、温度、气体表观气速、液体性质及固含率等对流动、液相混合和传质特性的影响,并对鼓泡床反应器的应用前景进行了详述.     

三相循环流化床的小型冷模试验研究

三相循环流化床在化学工程、生物工程及废水处理等领域中均有着广泛的应用。试验采用固体取样法测定了反应器内的固含率分布；采用压降发测定了反应器内的气含率分布；采用压强脉动法确定了反应器在试验操作条件下的流型。试验结果表明：在试验考察范围内反应器的压强在轴向上均呈线性分布；固含率沿反应器轴向分布平缓；反应器内气含率随轴向位置的升高而缓慢增大，径向分布基本上是均匀的；气含率受配料浓度影响不大．受表观气速的影响较大；反应器各轴向位置脉动能量的主频范围差异不大。这表明整体上反应器全床均处于比较均匀、脉动较低的过渡流湍动状态。     

喷射环流反应器的放大效应

实验测量了两种塔径(?200和?500mm)和两种操作模式(气体单独喷射和气液同轴喷射)下喷射环流反应器内的全塔平均气含率、局部气含率及轴向液速径向分布、循环液速,归纳出全塔平均气含率的关联式。实验发现,喷射环流反应器具有十分显著的放大效应。小塔(?200)与大塔(?500)中的全塔平均气含率存在很大差异:小塔的全塔平均气含率～气速关系曲线比大塔陡峭,低气速下小塔气含率低于大塔、较高气速下高于大塔。根据漂移通量法分析得到小塔中流型转变点在表观气速0.1 m·s~(-1)左右,在实验气速范围内只存在拟均匀鼓泡流;大塔中流型转变点在表观气速0.04 m·s~(-1)左右,随气速增大从拟均匀鼓泡流转变为湍动鼓泡流。喷射环流反应器比气升式环流反应器、一般鼓泡塔全塔平均气含率略低,但循环液速更大,适用于强化固体悬浮与混合的气液固三相反应过程。     

逆流鼓泡塔气含率分布的试验测量与CFD模拟

利用热膜测速仪测得了气液逆流鼓泡塔内不同表观气速、表观液速和径向位置下的气液信号,采用改进的阈值法进行分析,得到塔内气含率的径向分布。结果表明气含率在各个截面上都是从塔中心到塔壁逐渐减小;同时利用计算流体力学方法对气液逆流的鼓泡塔内的气液两相流动进行了模拟,计算了不同气速和不同液速下的气含率,计算结果与试验数据吻合较好。     

基于DEM模拟的气固鼓泡床内流场间歇性及颗粒相干结构的分析

采用计算流体力学和离散元方法(CFD-DEM)对气固鼓泡床流动行为进行模拟研究,并基于模拟结果分析鼓泡床内气泡和颗粒微观运动特性。对颗粒速度的脉动能谱进行分析,发现鼓泡床流场中存在间歇性。通过对比鼓泡床不同轴、径向位置的颗粒脉动速度的平坦因子,发现鼓泡床内不同位置的流场间歇性不同,随着床层高度的增加,流场的间歇性减弱;在径向上,过渡区的流场间歇性明显大于边壁区和中心区。进一步采用连续小波分析方法揭示了相干结构(颗粒涡团)的分布以及演化过程,并分析了不同尺度下相干结构(颗粒涡团)的分布与鼓泡床内颗粒与气泡运动的关系。     

气升式环流反应器在不同体系下的循环液速和局部气含率

在气升式环流反应器中,分别研究了空气—水、空气-0．1％乙醇水溶液和空气-水-活性污泥体系中的循环液速以及气含率随操作条件的变化规律。实验结果表明,循环液速随着表观气速的增加而增大,不同体系中的循环液速差别不大;导流筒内、外不同高度处的局部气含率均呈自下向上增大的趋势,且导流筒内部气含率高于导流筒外部的气含率。体系的聚并特性对平均气含率和局部气含率有较大影响。     

采用压力传感技术测量鼓泡床中流体力学参数

引　言鼓泡床以其良好的传热、传质、相间充分接触和高效的可连续操作特性在许多领域得到了广泛应用 .在过去的 4 0多年里 ,人们采用许多测量方法(光导纤维、多普勒测速仪、电导法、压力传感技术 )对鼓泡床中的各种流动行为进行了大量研究 ,由于床层内流动的复杂性以及各测量手段间的差别 ,得出的结论不尽相同[1] ,而且工业反应多数在高温、高压、非透明体系下进行 ,这限制了许多测量技术的应用 .压力传感技术以其适用范围广、所需仪器便宜、耐用、测量结果准确的特点在鼓泡床流体力学参数测量中得到了广泛应用床层塌落法是压力传感技术在鼓泡床流体力学参数测量中的一个重要应用 .Sriram和Mann[2 ] 较早地将其应用于测量鼓泡床中的气含率 ;Fan等[3] 也曾利用此方法测量鼓泡床内的固含率 .前人大都采用压力传感技术测量床层内的平均相含率 ,而采用此方法测量大小气泡分数和气泡上升速度的报道很少 .本文根据前人在此方面的研究成果并结合本实验的特点进行了这方面的研究1　实验装置本实验结合工业对二甲苯氧化反应器的特点设计并建立了其流体力学冷模实验装置 ,如图 1所示 .鼓泡床高 6 6m ,内径 0 3m .在鼓泡床一侧自...     

气体分布方式对带列管内构件的鼓泡塔流动规律的影响

在带列管内构件的鼓泡塔内测量了4种不同布气方式下的气含率和液速径向分布,并与无列管内构件的空塔中的分布进行了比较。结果表明：中心布气条件下气含率与液速的径向分布比空塔更为陡峭;环隙及近壁布气时呈现出环隙高、两边低的马鞍形分布;均匀布气时径向分布较空塔更为平坦。空塔内气体分布器的影响是局部性的,充分发展段在塔内占主要部分;而在列管塔中气体分布器的影响是全局性的,气含率与液速的初始分布决定着其全塔分布。在带列管的大型鼓泡塔中难以观察到充分发展段的存在,因此,气体分布器的设计具有比空塔更为重要的意义     

Analysis of bubble behaviors in bubble columns using electrical resistance tomography

The distribution of gas holdup, the rise velocity of gas bubble swarm and the Sauter mean bubble size are estimated with a small diameter laboratory scale bubble column using electrical resistance tomography (ERT). The theory of gas disengagement based on ERT methods has been developed for estimations of bubble size and bubble rise velocity. The gas holdups of large bubble swarm and small bubble swarm, the distribution of both bubble size are derived through the analysis of gas disengagement based on the differences of the rise velocity of bubble swarm at the cross-section imaged by electrical resistance tomography. Experimental results are in very good agreement with correlations and conventional estimation obtained using pressure transmitter methods. The proposed methodology can be also used as an analysis tool for quantifying and optimizing the performance of other types of complex reaction systems.     

Simultaneous Measurement of Mean Bubble Diameter and Local Gas Holdup Using Ultrasonic Method with Neural Network

One of the greatest challenges in the characterization of bubbles in a bubble column has been the prediction of the bubble diameter and the gas holdup. In this study a novel technique for predicting the mean bubble diameter and the local gas holdup using a non‐invasive ultrasonic method with neural network was investigated. The measurement parameters of the energy attenuation and the transmission time difference of ultrasound are used to obtain the mean bubble diameter and the local gas holdup in an air‐water dispersion system using neural network reconstruction. Bubble size distributions in a 2‐D bubble column are obtained experimentally by using a photographic method. An adequate selection of the neural network structure has been carried out to represent the training data. The representative results using the present structure show good agreement with the measured data.     

Characterization of pressure signals in a bubble column by wavelet packet transform

All experiments of pressure fluctuations were carried out in a bubble column with a moderately large column of 0.376 m ID. The recently developed technique of wavelet packet transform based on localized wavelet functions is applicable to analysis of the fluctuating signals. The time series of pressure fluctuation signals have been analyzed by means of wavelet packet transform components, decomposition through best basis algorithm and timefrequency representation. By resorting to this technique, the objects in bubbly flow regime have fine scales and frequencies than ones in churn-turbulent flow regime. Thus, this wavelet packet transform method enables us to obtain the frequency content of local complex flow behaviors in a bubble column.     

The Effect of Sparger Geometry on Gas Bubble Flow Behaviors Using Electrical Resistance Tomography

By electrical resistance tomography （ERT） the cross sectional profiles of gas hold-up in a φ56mm bubble column are obtained with four designs of gas sparger. The effect of sparger geometry on the bubble distribution is revealed by applying a sensitivity conjugated gradients reconstruction method （SCG）. Experimental results show that overall hold-up obtained by ERT is generally in good agreement with those measured with the pressure transducer and the ERT system produces informative evidence that the radial profiles of hold-up is very similar to the sparger design in the lower section of bubble column. Meanwhile, the rise velocity of bubble swarm and the Sauter mean bubble size are evaluated using ERT based on dynamic gas disengagement theory. The experimental results are in good agreement with correlations and conventional estimation obtained using pressure transmitter methods.     

鼓泡塔中气泡尺寸分布和局部气含率研究

在内径为0.38 m的鼓泡塔中采用双电导探针法对不同通气速率下的气泡尺寸分布和局部气含率进行了实验研究,分析了气泡尺寸的概率密度分布。结果表明:气泡尺寸随轴向高度的增加而增大,随径向距离增加而减小;鼓泡塔中气液流动可分为过渡流域和充分发展流域,在过渡流域气含率随轴向高度增加而增大,在充分发展流域气含率趋于均值,径向局部气含率分布呈抛物线型下降。高气速下气泡尺寸概率密度分布比低气速下宽,且随轴向高度的增加分布变宽。