梯度磁场下气固流化床中磁颗粒运动数值模拟

在外加竖直方向梯度磁场的气固鼓泡流化床中,考虑铁磁颗粒受到的梯度磁场力和颗粒间磁感应力,对气相采用流体力学方法(CFD),颗粒相采用离散元法(DEM),建立二维磁鼓泡流化床数学模型,模拟不同磁场强度下全磁颗粒圆形床料的气固流动过程,分析了不同磁场强度对磁流化床中气泡生长、颗粒运动、床层压降和磁颗粒受力的影响。研究结果表明在沿高度磁感应强度递减的梯度磁场中,磁颗粒在颗粒间磁感应力的作用下凝聚成链,破坏了大气泡的形成。随着磁场强度增加,颗粒扩散系数减小,颗粒间磁感应力和梯度磁场力增大;气体与颗粒相间作用力先减小、后增加;而颗粒接触力先增加、后减小。     

双喷嘴矩形喷动床中最小喷动速度的实验研究

在双喷嘴矩形喷动床内,以空气为喷动气体,研究了最小喷动速度的变化规律和影响因素。实验表明,双喷嘴矩形喷动床的最小喷动速度与颗粒粒径、床层高度及操作温度有关。并在综合考虑床层高度以及气体和固体颗粒的物性的基础上,得出了双喷嘴矩形喷动床最小喷动时雷诺数的经验关联式。     

空气-SRNA-4催化剂磁稳定床的流动特性

床层压降、最小流化速度、固含率及其分布和气相返混系数是气固磁稳定反应器放大与优化所必需的基础数据.采用压降法、光电法及瞬态点源示踪技术试验研究了以SRNA-4催化剂为固相的气固磁稳定床的流动特性.试验结果表明:最小流化速度、最小流化状态下的床层空隙率与磁场强度无关;固含率的径向分布基本均匀;磁场强度的增大抑制了颗粒的运动,使得局部固含率略微增加;空塔气速的增加促进了气固磁稳定床的膨胀,使得固含率减小;粒径较小时,随磁场强度及气速的变化贝克来数(Pe)变化不大;粒径较大情况下,Pe随气速增大而减小,随着磁场强度的增大,先增大后减小.试验获得了最小流化速度、固含率和床层高度的关联式,预测值与试验值吻合良好.     

反应器结构对多段气化炉内颗粒分布的影响

针对多段气化炉(上部快速床、下部鼓泡床),采用MP-PIC(Multi-Phase Particle In Cell)方法模拟了多粒径煤粉颗粒的三维全循环流化过程,考察了鼓泡床与快速床床径比及鼓泡床和快速床之间的过渡段高度对气化炉内流动特性的影响。结果表明,基本工况下,大颗粒主要存在于下部鼓泡床中,细颗粒主要存在于上部快速床内,但细颗粒会通过旋风分离器和回料管再次进入鼓泡床参与循环。进入旋风分离器的大部分为半径622 ?m以下的小颗粒,无1216 ?m以上的大颗粒。旋风分离器对小颗粒的分离效率为99.75%,分离效率良好。增大床径比(即减小快速床直径),快速床中气速增大,整个气化床更快达到稳定状态,被夹带到快速床中的颗粒增多,所夹带的颗粒粒径增大。过渡段高度存在一个适当值(炉高0.6~1.0 m),升高或降低过渡段高度,快速床中颗粒浓度均增大,颗粒通量均升高,旋风分离效率降低。     

双喷嘴矩形喷动床流动性能实验研究

在120 mm×240 mm的双喷嘴矩形不锈钢床内,对新型双喷嘴矩形导流管喷动床的最小喷动速度和喷动高度进行了研究,考察了喷动气速、粒径、静床层高度、导流管直径、导流管安装位置对最小喷动速度和喷动高度的影响。结果表明:最小喷动速度随颗粒直径、导流管直径、导喷距的增大而增大,随静床层高度的增大而减小;喷动高度随喷动气速的增大而增大,随导流管直径的增大而减小,受静床层高度和导喷距的影响不大,并得出了最小喷动速度的关联式。     

纳米SiO2在添加磁性大颗粒磁场流化床中的流态化

研究了纳米SiO2在添加磁性大颗粒磁场流化床中的流化性能,实验中通过测量其床层膨胀曲线、床层压降曲线以及塌落曲线表明:磁性大颗粒在交变磁场下的振动作用可以破碎流化床中纳米SiO2的大聚团.使床层压降和床层膨胀明显增大,流化质量获得显著提高.实验同时考察了磁场强度、磁性颗粒的添加量以及不同的静床高度等参数对流化性能的影响.获得了最佳工艺操作条件.     

气固流化床内射流穿透深度的CFD模拟及其实验验证

在经典的Gidaspow无黏性双流体模型中考虑离散颗粒对流体和固体动量守恒方程的影响后,建立了一个具有模拟大规模流化床内气固两相流体动力学特性潜在优势的简化数学模型。在CFX4.4商业化软件平台上通过增加用户自定义子程序考察了二维气固流化床(高2.00 m、宽0.30 m)内射流气速、喷嘴尺寸、环隙气速和静床高度对射流穿透深度的影响,并以树脂颗粒(粒径670 μm、密度1474 kg·m^-3)为研究对象在厚度为0.025 m的矩形床内进行了对比实验。结果表明,选取空隙率为0.8的等高线作为射流边界比较合适;射流穿透深度随射流气速或射流喷口尺寸的增加而增大;射流周围环隙气速由0变到最小流化速度时,射流穿透深度随环隙气速增加而增大,在最小流化速度时达到最大值,然后随环隙气速增加单调减小,当环隙气速大于2.5倍最小流化速度时,射流穿透深度减小程度变缓;在相同射流气速下射流穿透深度随着静床高度的增加而减小,静床高度对射流穿透深度的影响随着射流气速增加呈现扩大的趋势。     

非磁性粘性颗粒在添加磁性大颗粒磁场流化床中的流化性能

通过添加磁性大颗粒，破碎活塞及沟流，显著改善了非磁性粘性颗粒在磁场流化床中的流化性能。为了评价非磁性粘性颗粒在磁场流化床中的流化性能，测量了最小流化速度、床层压力降和床膨胀高度。实验结果表明，非磁性粘性颗粒的最小流化速度，由于添加磁性大颗粒，而显著降低。磁性大颗粒添加量对非磁性粘性颗粒的最小流化速度有较大影响，随磁性大颗粒添加量的增加，最小流化速度降低，但当磁性大颗粒添加量增大到40％后，非磁性粘性颗粒和磁性大颗粒的混合物的最小流化速度就不再降低。     

磁流化床磁稳流化区域的确定及影响因素

通过对磁流化床中四种铁磁颗粒（其平均粒径dp范围为231～512mm）流化特性的实验研究,得出磁流化床的磁稳流化区域与磁场强度、颗粒粒径之间的变化关系。在此基础上,运用量纲分析法,得到磁稳流化区域与磁重势能比Er、阿基米德数Ar、雷诺数Re等无量纲数之间的关系,并回归得出确定磁稳流化区域的实验关联式。同时,对实验关联式进行了显著性检验,结果表明,Er对磁稳区域的大小影响最为显著,Ar次之,Re则最不显著。     

流化床生物质惰性颗粒混合分离特性①

在Φ99×1000mm的圆柱流化床中,选用不同粒径的沙子／锯末、沙子／菜籽体系,研究了不同沉积组分含量,尤其研究了生物质、惰性颗粒在富沉积组分情形下床层表观气速、静床高度对流化床二组分混合物的混合与分离的影响。结果表明静床高度对分高度无影响,沉积组分适宜的粒度及高表观气速有利于流化床二组分混合物的混合,可使混合度达到87％。     

流化床生物质惰性颗粒混合分离特性

在Φ99×1000mm的圆柱流化床中,选用不同粒径的沙子／锯末、沙子／菜籽体系,研究了不同沉积组分含量,尤其研究了生物质、惰性颗粒在富沉积组分情形下床层表观气速、静床高度对流化床二组分混合物的混合与分离的影响。结果表明静床高度对分高度无影响,沉积组分适宜的粒度及高表观气速有利于流化床二组分混合物的混合,可使混合度达到87％。     

连续进出料鼓泡流化床颗粒停留时间分布

针对双流化床气化或双床热解气化工艺中鼓泡床反应器的设计,采用脉冲法研究了Geldart B类固体颗粒在连续颗粒进料和出料的矩形流化床内的停留时间分布(RTD),考察了气速、床料高度、粒径、物料流率等操作参数对RTD的影响. 结果表明,物料流率、床料高度、粒径是影响颗粒RTD的主要因素,而气速则是次要因素. 随物料流率和粒径增加,鼓泡床内颗粒流动向平推流靠近;随床料高度增加,物料在床内的混合更加充分,颗粒流动向全混流靠近. 根据实验结果,推荐采用比理想平推流时间低9%~18%计算平均颗粒停留时间.     

基于直接矩积分方法的超细颗粒流态化特性研究

采用欧拉-欧拉气固双流体模型,基于颗粒动理学理论,利用直接矩积分方法求解颗粒数平衡方程,建立颗粒数量与连续性方程、动量方程之间的关系,数值模拟流化床内不同初始粒径的超细颗粒运动、聚并的动态过程,给出了聚团在流动过程中浓度和速度的分布情况,展示了床内各阶矩的变化情况,比较了不同初始粒径对聚团浓度分布影响。研究表明,同一粒径颗粒,随着床层高度的增加,颗粒浓度达到平衡状态需要的时间减短;不同粒径颗粒,随着初始粒径的增加,颗粒浓度减小的速率随着床层高度上升加快,颗粒聚团尺寸达到稳定状态的时间减少,床内颗粒速度逐渐减小,聚团向床层底部聚集的速度增加,床层底部颗粒浓度和颗粒粒径逐渐增加。     

基于图像法的甲醇制烯烃流化床反应器内催化剂颗粒输送分离高度的研究

甲醇制烯烃(MTO)生产过程中,输送分离高度直接影响反应器和再生器的结构尺寸、相关位置及催化剂的损失等。使用平均粒径为90 mm的工业MTO催化剂颗粒,在覫90 mm×1 000 mm的有机玻璃冷态试验台上对催化剂颗粒的浓度分布和输送分离高度随流化气速的变化情况进行研究。采用粒子图像测速技术获取冷态床的实验图像,并通过数字图像处理技术最终获得MTO催化剂颗粒的浓度分布。在此基础上建立数学模型,进行计算回归,得到其与催化剂颗粒输送分离高度的实验关联式。     

微型流化床内气体返混

微型流化床基础和应用在近几年受到越来越多的关注。针对微型流化床对气固反应分析的应用要求,利用脉冲示踪法研究了内径10 mm和21 mm两种尺寸微型流化床中的气体返混特性,具体考察了管内径、颗粒静床高度、床料颗粒粒径和气体表观流速对气体返混程度的影响。结果表明:随着床内径、颗粒静床高度和表观气速的减小和床料颗粒粒径的增大,气体在床内的返混程度减小。使用粒径约270 μm粗颗粒时,两种床径的浅层微型流化床中的气体返混程度都较小,对应的Peclet数在27以上,证明了床内气体流动接近平推流,从而为利用微型流化床最小化气体返混对反应测试的影响,获得近本征反应动力学参数提供了流动特性的保障。     

气固射流扩散火焰形态研究

利用文丘里效应,自行设计气固射流扩散火焰（气固喷射火）实验装置,分别采用147 μm和178 μm两种粒径均匀的白色石英砂以近似恒定速率卷吸入火焰中,来研究固体颗粒对火焰形态的影响,特别地,通过关闭侧面进砂口所形成的气态射流扩散火焰（气态喷射火）与之相比较。理论分析和实验结果表明,砂子进入火焰中会降低火焰温度,并且粒径为147 μm的砂子进入火焰的质量大于178 μm砂子,导致小粒径气固喷射火具有更低的火焰温度,从而具有更低的层流燃烧速度和更大的火焰Froude数,最终使其具有更高的推举高度和火焰高度。对比分析气固喷射火和气态喷射火实验结果,也表明固体颗粒对火焰温度的冷却作用导致气固喷射火更容易产生推举现象并具有更高的火焰高度。     

均匀磁场中液固流态化的初步研究(摘要)

以使用可磁化颗粒并通过外磁场控制床中颗粒运动为特征的磁场流态化是流态化技术的新领域之一。迄今仅见发表了气固磁场流态化的应用研究和理论分析,而液固磁场流态化的研究工作尚属空白。鉴于液固流态化的理论和应用在整个流态化技术中占有重要地位,因而有必要开展这一领域的研究工作。本文采用Helmholtz线圈获得均匀磁场,以一组照片显示了用水流态化的铁磁     

横向旋转磁场作用下的液固流态化

利用横向旋转磁场发生器研究了铁颗粒以及铁－不锈钢混合颗粒的流态化特征．在一定条件下,实现了铁颗粒成链自旋．研究表明,旋转频率、磁场强度和添加铁颗粒的比例是影响流化质量的主要因素．实验表明,横向旋转磁场的旋转频率和磁场强度对铁颗粒及铁－不锈钢混合颗粒的最小流化速度影响很小     

不同可燃液体层高度下浸润多孔介质砂床组合燃烧特性实验研究

为探究不同可燃液体层高度下浸润多孔介质砂床组合燃烧特性，开展了一系列不同粒径和液体层高度的燃烧测试，测量了燃料（乙醇）质量损失速率、火焰高度、多孔介质砂床（石英砂）温度和羽流温度等特征参数，分析研究了液体层高度的影响机制。结果表明：可燃液体层的存在对浸润石英砂层燃烧特性具有一定的影响。当砂层上方存在液体层时（h=20～60 mm），浸润石英砂层燃料质量损失速率明显增大，这可归因于液体层燃烧的预热作用。火焰高度随液体层高度增加而先增加随后几乎不变，表现为与质量损失速率相似趋势。浸润石英砂层内部在78.7～79.0℃（接近燃料沸点）出现温度增长迟滞，据此可对砂层内部蒸气区移动速率进行评估。随着液体层高度增加及石英砂粒径减小，砂层内蒸气区移动速率逐渐增大。此外，基于前人推荐的羽流关系和当前实验数据，获得了描述可燃液体浸润多孔介质砂床燃烧火焰羽流轴向温度经验公式。     

不同可燃液体层高度下浸润多孔介质砂床组合燃烧特性实验研究

为探究不同可燃液体层高度下浸润多孔介质砂床组合燃烧特性，开展了一系列不同粒径和液体层高度的燃烧测试，测量了燃料（乙醇）质量损失速率、火焰高度、多孔介质砂床（石英砂）温度和羽流温度等特征参数，分析研究了液体层高度的影响机制。结果表明：可燃液体层的存在对浸润石英砂层燃烧特性具有一定的影响。当砂层上方存在液体层时（h=20～60 mm），浸润石英砂层燃料质量损失速率明显增大，这可归因于液体层燃烧的预热作用。火焰高度随液体层高度增加而先增加随后几乎不变，表现为与质量损失速率相似趋势。浸润石英砂层内部在78.7～79.0℃（接近燃料沸点）出现温度增长迟滞，据此可对砂层内部蒸气区移动速率进行评估。随着液体层高度增加及石英砂粒径减小，砂层内蒸气区移动速率逐渐增大。此外，基于前人推荐的羽流关系和当前实验数据，获得了描述可燃液体浸润多孔介质砂床燃烧火焰羽流轴向温度经验公式。