上行气固两相流充分发展段的摩擦压降及颗粒浓度预测

为确定气固提升管充分发展段的摩擦压降及其对颗粒浓度测试的影响,提出了充分发展段内气固两相流与管壁间摩擦压力降的计算模型,由此获得充分发展段内真实颗粒浓度的计算公式;同时在两套提升管实验装置上对压力梯度分布和局部颗粒浓度进行了系统测试和对比分析.结果表明,用压差法测试颗粒浓度时摩擦的影响不可忽略,尤其是在气速较高(Ug＞8 m/s)时,表观浓度比实际浓度高出30%～50%;采用建立的模型对表观浓度进行修正,获得的预测值与实际颗粒浓度吻合良好.     

循环床气固提升管中颗粒浓度的轴向分布

以16m循环床提升管中气固两相流压力梯度的大量实验数据为基础,从能量耗散的观点分析研究了平均颗粒浓度的轴向分布特征及其操作条件的影响,并与相同条件下6m高提升管中颗粒浓度的轴向分布进行了对比。结果表明,加颗粒循环量Gs或减小表观气速Ug时,由于单位质量颗粒加速和输送的能量减少,提升管各高度位置的颗粒浓度εs增大,颗粒浓度的轴向分布亦更不均匀;提升管高度对平均颗粒浓度及其轴向分布具有显著影响,提升管高度增加,提升管各高度截面上的平均颗粒浓度减小,颗粒浓度的轴向分布也更加均匀,给定表现气速对应的颗粒饱和夹带量也将提高。     

提升管气固两相流中颗粒速度的实验研究

用新型 5 -光纤速度探头对 16m高循环床提升管 8个截面上的颗粒速度进行了直接测量。结果表明 :沿提升管轴向 ,颗粒速度径向分布不均匀性逐渐增加 ,并最终趋于较为稳定的抛物线分布 ;通常认为近壁区颗粒速度Vp <0的情形 ,只能在离开提升管底部一定距离且在Gs相对较高或Ug 相对较低的操作条件下才会出现。表观气速Ug 对颗粒速度的影响明显大于颗粒循环量Gs的影响 ,Ug提高 ,提升管内颗粒速度都将显著增加 ;提高Gs将使颗粒速度降低 ,但对提升管充分发展段中心区影响较小。     

气固循环床上行两相流颗粒曳力系数研究

在高16 m气-固循环流化床提升管内,通过测定表观气速、颗粒质量流率和不同轴向高度的床层平均颗粒浓度,结合对单颗粒进行受力平衡分析,间接获得了不同轴向位置的颗粒曳力系数.同时通过分析雷诺数、阿基米德数、床层颗粒浓度对颗粒曳力系数的影响,结合实验中所获得的数据,提出颗粒曳力系数的关联式.该关联式考虑颗粒的物性参数、操作条件对曳力系数所造成的影响,其预测值与本文和文献实验值吻合良好,并且在一维轴向均相模型下较好预测了床层内轴向压力分布.     

颗粒流的动力学模型在催化裂化中的应用(Ⅱ)--催化剂的流动特征及产品浓度沿程分布

运用已经建立的催化裂化反应的数学模型和模型边界条件及求解方法,结合炼油厂工业提升管的实际操作参数,模拟预测了催化裂化提升管反应器内催化剂颗粒的流场特征和原料油反应产物的浓度及气粒两相平均温度的沿程分布特征。模拟结果表明,由于原料油射流的影响,提升管反应器内催化剂颗粒的流动特征非常复杂,在喷嘴附近的催化剂颗粒存在明显的滑落返混;裂化产物浓度沿提升管存在非均匀分布;气粒两相间温差在喷嘴附近显著,在中上部气粒两相温度几乎相等     

粗重颗粒在循环床提升管内的局部颗粒浓度分布

为研究颗粒物性对循环床提升管中气固动力学行为的影响 ,以空气 -沙子为气 -固体系 ,采用光纤探头测试了Φ 10 0mm× 10m循环床提升管中的局部颗粒浓度 ,并与FCC颗粒进行了对比。结果表明 ,粗重颗粒 (沙子 )无因次浓度的径向分布及其沿轴向的发展与细颗粒 (FCC)有明显的不同 ,重颗粒无因次浓度的径向分布沿轴向没有明确的相似性 ,环核流动结构也发生变化 ,其环区缩小 ,核心区扩展到边壁处附近。采用间歇指数 (IntermittencyIn dex)对提升管内气 -固混合程度进行的定量描述表明 ,随着床层高度的增加 ,间歇指数逐渐减小 ,径向分布更加均匀 ;在相同Gs1.2 /Gg2 .0 条件下 ,确定截面上间歇指数的径向分布基本一致。     

内循环流化床颗粒循环速率实验研究

采用热颗粒示踪和信号相关法对气固内循环流化床的颗粒循环速率进行实验研究.考察操作气速、提升管下部孔径和提升管高度对于颗粒循环速率的影响.结果表明：在所考察的实验条件下,颗粒循环速率在15～70,kg/（m2.s）之间变化.操作气速增大时,颗粒流化程度增强,颗粒循环速率增加;提升管下部开孔数目不变而孔径增加时,颗粒循环阻力减小,颗粒循环速率明显增加;提升管高度由235,mm增加到295,mm时,颗粒循环速率呈现先升后降趋势,在提升管高度为265,mm时存在极大值.     

颗粒流的动力学模型在催化裂化中的应用（Ⅱ）：催化剂？…

运用已经建立的催化裂化反应的数学模型和模型边界条件及求解方法,结合炼油厂工业提升管的实际操作参数,模拟预测了催化裂化提升管反应器内催化剂颗粒的流场特征和原料油反应产物的浓度及气粒两相平均温度的沿程分布特征。模拟结果表明,由于原料油射流的影响,提升管反应器内催化剂颗粒的流动特征非常复杂,在喷嘴附近的催化剂颗粒存在明显的滑返混,裂化产物浓度沿提升管存在非均匀分布,气粒两相间温差在喷嘴附近显著,在中上部     

基于高速摄像技术的气力提升性能分析

采用高速摄像系统对提升管内三相流运动状态进行拍摄,深入研究气-固-液三相流提升性能随运行参数变化的规律,并基于图像处理方法对管内流场结构和固相运动特征进行分析。结果表明：随气量值变化,提升管内流型呈周期变换,依次为稀疏型泡状流-密集型泡状流-泡状搅拌流-混合搅拌流-稀疏型泡状流,其中泡状搅拌流更利于固体颗粒的提升;相同气量值下,气力提升系统排固量、排液量和提升效率随淹没率的升高呈先增加后减小趋势;同工况下进气量对系统提升性能的影响大于淹没率,且存在最佳气量值使得系统提升效率最高;当气量值较低时,管内颗粒浓度低且多集中于管壁位置,随气量值增大颗粒向管中心运动,且此处颗粒运动速度和浓度值均较高;此外,随着进气量的变化,提升管内交替出现气-液两相流与气-液-固三相流,并且气量值的变化直接影响管内颗粒分布及其运动状态;与单颗粒相比,群颗粒作用下系统提升性能较高,且不同径向位置的颗粒速度并不对称于提升管中心线。     

鼓泡流化床中多组分颗粒分离的软球模拟

基于颗粒轨道模型,建立了粒径服从均匀分布的多组分颗粒体系分离的软球模型,模拟了粒径服从均匀分布的连续组分、三组分颗粒体系在流化床中的分离行为,并研究了表观气速不同时,连续组分、三组分颗粒体系的分离规律;同时讨论了粒径分别服从均匀分布与正态分布时,三组分颗粒体系分离行为的差异。研究结果表明：表观气速对连续组分、三组分颗粒体系的分离行为都有重要影响,但影响不同,粒径分布不同对三组分颗粒体系的分离行为没有显著影响。     

循环流化床提升管中团聚物颗粒浓度的实验研究

基于FCC和河沙颗粒的局部瞬时颗粒浓度时间序列，研究了循环床上行气固两相流中团聚物的颗粒浓度及其与时均颗粒浓度之间的关系。实验分析揭示出团聚物内部颗粒浓度与当地时均颗粒浓度不仅具有明显的相关性，而且两种浓度在径向上亦具有相同的自相似分布特征，并由此给出了团聚物内部颗粒浓度与当地时均颗粒浓度相互关系的经验关联式，研究结果对描述气固上行两相流的结构形态和建立流动模型有重要意义。     

空气-SRNA-4催化剂磁流化床动力学研究

在内径和高分别为140mm和1600 mm气固磁流化床反应器内,分别以空气和SRNA-4催化剂(平均粒径50μm)为气相和固相,采用不同外加磁场强度对磁流化床动力学进行了研究。应用计算流体力学软件FLUENT 6.2对磁流化床内局部固含率和床层压降进行了模拟计算。模拟结果显示:无磁场作用时,随表观气速增加,床层界面变化剧烈,床内局部固含率的分布极不均匀,床层压降升高。随着磁场强度增加,气泡的数目和尺寸减小,床中局部固含率增大,且分布变得较均匀,床层压降呈现下降趋势。模拟结果与实验数据吻合良好。     

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。     

流化床颗粒浓度信号的小波降噪分析

用小波分析去除噪声的方法,对气-固循环流化床中两相流颗粒浓度的实验数据进行分析,揭示流化床中两相流的流动规律。气固循环流化床提升管的颗粒浓度和压力波动信号的去除噪结果表明,小波分析方法能有效去除颗粒浓度和压力波动信号中的大部分噪声,其消噪效果优于传统的傅里叶变换滤波方法,且小波分析去噪方法能更加有效地辨别真实信号与噪声信号。     

缠绕管结构参数对管内压降的影响及压降模型

为了研究缠绕管内流体的压降规律、建立具有较宽适用范围的压降预测模型,以水为介质,采用U型压差计测量缠绕管内流体进、出口的压降,实验考察缠绕直径、缠绕角度、管径等缠绕管结构参数对管内压降的影响. 结果表明,在流速及其他结构参数相同的情况下,缠绕直径或管径越小,单位长度缠绕管内压降越大;在不同流速区间,缠绕管结构参数对管内压降的影响程度不同. 在低流速（小于0.5 m/s）下,缠绕管结构对管内压降的影响较小;在高流速（大于0.5 m/s）下,缠绕管结构对管内压降的影响显著. 采用统一的压降预测模型对实验数据拟合会使得其在高压降区失准,进而提出由流动参数和缠绕管几何参数组合而成的分段特征参数,并构建分段式压降预测模型. 分段式压降模型的计算值与实验值的相对偏差小于10%.     

工质对微石英管内部流动特征的影响

为采用“两管法”以消除进出口压力降及入口效应对流动的影响,分别以蒸馏水、CCl_4及N_2为工质,测量其流过内径d分别为19．60、44．63、91．65及140．86μm微石英管的流量与进出口压降,得到微管内部充分发展流的摩擦阻力系数f与Re的关系．实验结果表明,除d=19．60μm的管外,其他管在Re较小时,微管内部的f值与Hagen-Poiseuille解几乎一致;当Re升高到1300时,f已开始偏离Hagen-Piseuille解．对于d=19．60μm的管,在Re＜500,工质为蒸馏水时,f比Hagen-Poiseuille解高10%～15%;工质为CCl_4时,f仍然约等于Hagen- Poiseulle解;工质为N_2时,f比Hagen-Poiseulle解低8%～10%．     

微小内螺纹管冷凝实验结果及关联式评价

为了研究不同顶角的内螺纹管单相及冷凝的压降及换热性质,对具有相同外径(5 mm)、相同螺旋角(18°)的内螺纹管进行实验,使用制冷剂为R22和R410A,质量流速为200~650 kg/(m2·s）,饱和温度为320 K,进出口干度分别为0.8和0.1.结果表明,内部实际换热面积增加比Aai/Afr是和强化换热系数直接正相关的.其中R22为工质的1#管和R410A为工质的7#管具有相对高的换热系数和相对低的压降.且在计算压降时,应用了Churchill模型［27］得出的摩擦系数及一个合适的相对粗糙度来修正光管的压降关联式.对Kedzierski和Goncalves关联式［11］进行修正,用基于齿根直径的换热面积代替实际内部换热面积,使误差在20%以内. 关键词：     

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。     

水平微通道内油水两相流压降实验研究

测试了油相及水相流体在水力学直径为895 μm的矩形铜基微通道内的单相及两相流摩擦压降,并将实验数据与已有的单相及两相流摩擦压降预测模型进行对比。主要考察油相、水相质量通量及两者比率对摩擦系数及压降的影响。结果表明,油的摩擦系数显著高于水的摩擦系数,Hagen?Poiseuille方程能够准确预测微通道内油或水的单相流体压降;油相及水相质量通量均显著影响液?液两相流压降,油水两相流体流量越大,油相含量越高,两相摩擦压降越高;Cicchitti模型能够相对准确地预测油水两相流体混合黏度。为提升预测准确度,建立了油水两相流摩擦系数预测关联式,预测值与实验值吻合较好。