气液固循环流化床预分布器附近流体动力学的数值研究

在气液固循环流化床(GLSCFB)内,以空气、水和玻璃珠为气液固流化介质,利用计算流体力学(CFD)软件Fluent 6.2,在室温常压条件下,采用欧拉模型系统研究了预分布器结构、液速对反应器内固体径向速度分布和液相湍动能的影响。计算结果表明,在预分布器附近,液相湍流动能随表观液体速度增大而明显增大;预分布器可以有效地改善固体颗粒径向速度分布的不均匀性,变孔径分布器效果最好;低表观液速下,颗粒径向分布的计算值与实验值吻合良好,随液速增大误差增大。通过实验值与计算值的比较,证实了数值模型的可靠性。     

气-液-固三相流化床气体分布器区局部相含率和床层膨胀比的实验研究

在内径150 mm,高4 350 mm的三相流化床中,分别以空气、水和0.48 mm、1.25mm的玻璃珠及1.45 mm的苯乙烯树脂为气相、液相和固相,应用开发的微电导探针测试技术同时测得三相局部含率,并对气体分布器区的局部相含率和床层膨胀比(H/H0)进行了实验研究,考察了固体颗粒的粒径、密度及表观液速和气速对床层膨胀比的影响。研究发现,在距气体分布器轴向一定距离范围内,三相局部含率的径向分布存在明显的不对称分布;随着轴向距离的增加,局部气含率的径向不对称分布逐渐消失,局部固含率的径向不对称分布变化不明显;床层膨胀比随表观气速和液速的增大而增大;较低密度颗粒系统的H/H0开始增加缓慢,后来增加很快;较高密度颗粒系统的H/H0开始迅速增加,后来增加缓慢。     

气-液两相鼓泡塔反应器液体流速分布的实验研究

用示踪剂电子电极法对气-液两相鼓泡塔反应器液体的轴径向速度进行了测量。测试结果表明,塔中心处的液速最大,靠近塔壁处最小。且当表观气速增大,初始流体流动处于由均匀流型向过渡流型的转变,轴向液体速度在径向的梯度非常小;当表观气速继续增大,平均液体速度有明显的增加,轴向液体速度的径向分布呈线性关系,表明流体的流动进入非均匀流型;进一步增加表观气速,平均液体速度无明显增加。另外,应用3种不同结构的气体分布器考察了其对反应器中心线处轴向液体速度的影响。实验发现,环状气体分布器的反应器底部存在一个回流区。     

鼓泡流化床内颗粒速度分布的研究

在内径0.185m 的鼓泡床内,采用PV-5A型速度仪考察不同表观气速下两种粒径GeldartB类物料 (玻璃微珠)在不同轴向位置颗粒速度径向分布规律。结果表明,在床层底部颗粒速度分布与分布器设计密切相关, 而远离分布器的上部区颗粒速度主要受气泡行为影响,表现为中心区域大而边壁附近小,且随着表观气速的增大这 种趋势变的更加明显;同时在这两个区域之间存在一个过渡区,该区域内分布器的影响明显减弱,导致颗粒速度的 径向分布逐渐趋于一定的规律;而在相同轴向位置处颗粒速度变化幅值的影响会随着表观气速的增大变得剧烈。     

高长径比气升式环流反应器的流体动力学模型

在高长径比(H/D=22.2)气升式环流反应器中,依据能量平衡原理及漂流通量模型,考虑到导流筒中由于固体颗粒的加入而引起的液固两相间的能量损失,提出液固能量损失系数Cf,并给出Cf的测量方法,建立上升区循环液速的预测模型.以空气-水-石英砂为物系,研究气含率、固含率、循环液速随表观气速的变化规律,将循环液速的预测值与实验值进行比较.结果表明:表观气速在1.32~4.45 cm/s范围内时,气含率随表观气速的增大而增大;固含率与表观气速的关系不大,固体颗粒含量越多固含率越大;循环液速随表观气速的增加而增大,随着固体含量的增加而减小,并随粒径的增大而减小.     

变孔径颗粒分布板的颗粒分布性能实验研究

设计了一种用于液固循环流化床换热装置的变孔径颗粒分布板,在具有18根换热管的实验装置上,利用自行研制的CCD图像采集系统对安装该分布板的颗粒分布性能进行了测试,考察了颗粒体积分率、循环流量等对颗粒分布性能的影响．实验结果表明：在流化床的进口段管箱内安装变孔径分布板时,随着固体颗粒体积分率的增加,颗粒浓度径向分布明显趋于均匀;在同一分布板安装高度下,大流量更易于实现颗粒的均匀分布,并且使得颗粒流速在床层截面的径向分布较为均匀．结果证明变孔径颗粒分布板的颗粒分布性能优良,为液固循环流化床换热装置的工程设计提供了参考．     

变孔径颗粒分布板的颗粒分布性能实验研究

设计了一种用于液固循环流化床换热装置的变孔径颗粒分布板,在具有18根换热管的实验装置上,利用自行研制的CCD图像采集系统对安装该分布板的颗粒分布性能进行了测试,考察了颗粒体积分率、循环流量等对颗粒分布性能的影响.实验结果表明:在流化床的进口段管箱内安装变孔径分布板时,随着固体颗粒体积分率的增加,颗粒浓度径向分布明显趋于均匀;在同一分布板安装高度下,大流量更易于实现颗粒的均匀分布,并且使得颗粒流速在床层截面的径向分布较为均匀.结果证明变孔径颗粒分布板的颗粒分布性能优良,为液固循环流化床换热装置的工程设计提供了参考.     

气液固三相逆流化床内气泡行为的实验研究

应用自行开发的微电导探针技术,对气液固三相逆流化床内的气泡尺寸、气泡上升速度和气泡频率等气泡特性进行了系统研究,考察了床内气泡特性的轴径向分布规律及气液表观速度、液体黏度、固体加入量、颗粒密度及表面活性剂的加入等对气泡特性的影响规律。结果发现,随距离气体分布板的轴向距离增加或由床器壁向中心区域的距离增加,气泡大小和频率都增加,前者分布从窄变宽,后者相反。气泡上升速度与气泡大小的轴径向分布很相似。随固体加入量、颗粒密度增加或水中乙醇的加入,气泡大小和上升速度减小,气泡频率增加;随表观气速增加,三者都增加;随表观液速增加,气泡大小和频率增加,气泡上升速度减小;随液体黏度增加,气泡大小和上升速度增加,气泡频率减小。利用操作变量和流体物性对各气泡特性进行了关联。     

气液固逆流三相湍动床局部相含率的分布

应用微电导探针测试技术,对聚乙烯颗粒(dp=4.01 mm,sρ=926 kg.m-3)为固相,水、质量分数0.05%和0.2%羧甲基纤维素钠(SCMC)水溶液为液相,空气为气相的逆流三相湍动床的各相局部含率进行了同时测定,获得了720套局部相含率实验数据。在表观气速Ug等于Ug3(颗粒在轴向均匀分布时的表观气速)时实验发现,局部固含率(εs)呈现床中心处小,床壁处大的分布规律,且在r/R=0.75~0.90范围内有极大值,极大值出现的范围与传统流化床相比增大;局部气含率(gε)呈现床中心处最大,床壁处最小的分布规律,与传统流化床相比,gε在径向上的非均匀性分布愈加明显。另外,建立了局部含率与操作条件、流体物性及径向位置的关联式,关联式的计算值与实验值吻合较好。     

起旋器对水平液固循环流化床颗粒分布的影响

建立了一套水平液固循环流化床颗粒分布测试系统,在循环流化床内加入局部起旋器,并利用CCD图像测量与数据处理系统对循环流化床内固相颗粒分布特性进行了研究.探讨了起旋器导叶包角、安装位置、液体流速以及轴向距离对水平循环流化床内固相颗粒分布的影响.实验结果表明:在水平液固循环流化床内安装导流叶片式局部起旋器,可以有效提高管路上部的颗粒浓度,改善固相浓度分布的不均匀程度.     

外环流气提式反应器液体局部动力学的实验研究和数值模拟

在外环流气提式气液反应器内,分别以空气和质量分数5%羧甲基纤维素(CMC)水溶液为气相和液相,对液相局部动力学进行了系统研究。应用电极示踪测试技术(ETM)测定了下降段液体速度;应用计算流体力学软件FLUENT 6.0对上升段的液体湍动能和湍动能耗散率进行了模拟计算。模拟结果表明:气体分布器对液体湍动能和湍动能耗散率有较大影响,液体湍动能和湍动能耗散率随表观气速的增大均增大,且液体湍动能呈现出较对称的波动模式。在低气速下,局部液体速率的模拟结果与实验数据吻合良好。     

流化床射流区域颗粒浓度分布的实验研究

为了掌握操作条件对流化床射流区域颗粒浓度分布的影响,应用光纤颗粒浓度测量系统,对直径为1 m的半圆射流流化床射流区域颗粒浓度分布进行了考察,以聚苯乙烯颗粒为物料研究了不同操作状况(环管气速,射流气速和分布板气速)对流化床射流区域时均颗粒浓度分布的影响,分析了不同操作工况下颗粒浓度分布变化的规律.结果表明:在3种气速共同作用下射流区域颗粒浓度在径向上逐渐增大,在轴向上随着气泡的逐渐增大到崩塌其颗粒时均浓度逐渐降低.由于射流气速增加导致射流深度增加,继而固体颗粒的循环速率增大,射流区颗粒的体积浓度随射流气速的增加先降低后增大.随着分布板气速的增加射流区域时均颗粒浓度增大,环管气速增加其射流区颗粒浓度逐渐降低.     

可视化图象法评价滴流床液体分布

液体在床层中的分布与润湿情况直接影响到滴流术反应过程的表观反应速率,产品收率及催化剂效率等,而大型工业滴流床中液体的径向分布可以看成多个分配器作用产生的液体径向分布的相互叠加,测定单个分配器作用产生的液体径向分布性能有助于研究和表征整个床层液体的径向分布情况,利用可视化图象技术,着重对二维滴流床中单个分配器进液情况下,不同分配器性能,喷淋点密度,操作负荷,液体粘度,床层预润湿等多种因素对床层内流体径向分布和润湿情况的影响进行了直观,定量地评价,结果发现;操作负荷提高,喷淋点密度增加,液体粘度较大,以及采用喷射型分配器,对床层预润湿等,均有利于改善滴流床液体分布,而且后两种方法的效果尤为显。     

旋片环隙气升式环流反应器的局部气含率

为了进一步强化气升式环流反应器的流动、传质、混合性能,设计开发了新型的旋片环隙气升式环流反应器。该反应器以有机玻璃为材料,外管高1800mm、内径90mm、导流筒总长1600mm、主体直径50mm,其特征是导流筒上附有若干组旋片,每组旋片间距110mm。在表观气速为0.37~2.59cm/s的条件下,研究了底部间 隙、固体装载量以及不同分配器材料对该反应器内气含率的影响规律。结果表明,在相同轴向高度的条件下,随着表观气速的增大,上升区局部气含率增大;固体装载量增加,上升区局部气含率增加;底部间隙变大,低气速下局部气含率变大;在高气速下,气含率变小。在较低表观气速下,微孔分布器的局部气含率低于高分子材料的局部气含率;当表观气速较高时,结果相反。     

液固循环流化床换热器中颗粒分布板分布性能的实验研究

设计了两种用于液固循环流化床换热器中的颗粒分布板,利用CCD图形采集与处理系统对液固循环流化床中的两相流动特性进行了研究.讨论了有无分布板、分布板开孔率、安装高度及操作条件对颗粒分布的影响.实验结果表明:在换热器下管箱安装颗粒分布板,当循环流速较高时,能有效的改善固体颗粒在床层中的不均匀分布;分布板的开孔率越小,固体颗粒径向分布的不均匀度越小,但床层颗粒浓度也变小;随着循环液速的增加,粒径的减小以及颗粒加入量的增加都会减小颗粒径向分布的不均匀度.     

气-液-固三相流化床冷态实验

以氮气为气相、蒸馏水为液相、铜粉为固相构建了的气-液-固三相流化床冷态实验装置,流化床反应器内径为50 mm、高为500 mm.采用Hilbert-Huang Transform分析了布风板上表面处压力脉动信号,考察了布风板压差和床内两固定测点间压差随气体流速的变化关系,使用降速法得到了气-液-固三相流化床的最小流化速度,并通过同步图像采集验证了该最小流化速度.结果表明:气体流速为14.85 mm/s时,固体颗粒之间碰撞剧烈,气、液、固三相混合均匀;随着气体流速的增加,两固定测点间压降呈现先降低,后增加,最后又降低的变化趋势;气-液-固三相流化床的最小流化速度约为17.4 mm/s.