粘附性颗粒流态化研究进展

主要阐述了粘附性颗粒流态化特性（初始流化速度、床膨胀、塌落）及聚团流化过程,提出了粘附性颗粒流态化的机理是聚团流化．并对近年来国内外在预测聚团大小、床层结构模型、改善粘附性颗粒流化性能方面的研究进展进行了总结．     

粘附性颗粒添加组份流态化实验

以不同粒径的ＳｉＣ为物料,考察了表观气速和添加颗粒对其流化性能的影响．实验表明,平均粒径大于１０μｍ的ＳｉＣ物料,可通过增大表观气速使其流化;而小于５μｍ的ＳｉＣ５和ＳｉＣ２物料,不能使用增大表观气速的方法使其流化．添加颗粒能使ＳｉＣ５很好流化,利用流态化聚团准数Ａｅｆ可计算颗粒的最佳添加量ｘｍ．     

粘附性颗粒流态化聚团尺寸的预测模型

在大量实验的基础上,通过对细颗粒碰撞聚团过程进行受力分析,提出了一种流化床中粘附性颗粒聚团和破碎的力学模型．通过模型计算,求出了不同类型粘附性颗粒流态化时聚团的大小．模型预测结果与实验测定基本一致．     

粘附性颗粒添加组份流态化进展

综述了近年来国内外粘附性颗粒添加组份流态化的进展,并对粘附性颗粒流化床中颗粒受力分析及模型进行了评价．指出了粘附性颗粒添加组份流态化存在的问题及发展方向,提出应开展添加组份的性质、种类、添加比例及其与粘附性颗粒之间相互作用的机理研究．     

黏结性粗颗粒流动与流态化的研究进展

在石油、化工、食品等多个领域经常需要处理黏结性粗颗粒,颗粒的黏结会严重影响生产效率。本文综述了黏结性粗颗粒的流动、流态化特性以及改善其流化性能的措施。阐述了粗颗粒间的黏结机理以及主要作用力(液体桥力和固体桥力)的研究进展:目前的研究采用实验和数值模拟两种方法,探究湿含量、流体黏度、操作压力等对黏结性粗颗粒的流动混合及其流态化的影响;改善黏结性粗颗粒流化性能主要有提高风速和改造装置等措施。分析表明,对于液体桥力的研究已经比较系统深入,而以固体桥力为主要黏结力的粗颗粒,其黏结机理还有待进一步的发展。指出随着高性能计算技术的发展,新的颗粒间作用力数学模型与离散单元法的耦合,将成为研究黏结性粗颗粒流动及流态化的重要方法。     

黏性颗粒团聚机理及流化特性研究进展

黏性力的存在导致黏性颗粒在流化过程中易发生团聚,干扰正常的流态化。近年来,黏性颗粒流的研究重心逐渐转移到本征的团聚机理和流化特性。本工作综述了4种主要黏性力的力学模型、团聚判据及流态化实验与模拟研究进展,从力、运动及动力学的角度阐述了黏性力作用机制和黏性颗粒流化特性。分析表明,在颗粒尺度上,4种黏性力发展程度差异较大,黏性力动力学模型和团聚过程机理将成为未来研究的主要方向。在反应器尺度上,耦合黏性力模型的离散单元法模拟将继续作为重要的研究方法,其中,机理模型和计算能力是后续模拟中需要突破的重点。     

粘性颗粒流化床中聚团大小的计算模型

根据粘性颗粒流化床中聚团所受力的分析,提出了力平衡模型。并对模型中的参数进行了估算。据此模型计算了几种粘性颗粒的聚团大小,计算结果与实测的聚团大小较为接近。与其他研究者的模型比较,计算结果更接近实测值。     

循环流态化：（Ⅲ）气,固流动模型

根据气、固两相流动的基本特征,循环流态化气、固两相流动模型可分为局部流动结构模型及整体流动结构模型两类。局部流动结构模型主要描述床内稀相及絮状物相的局部分布及变化,而整体流动结构模型主要描述床中空隙率。颗粒速度以及气体速度轴、径向分布及变化,其中根据实用层次不同,整体流动结构模型可分为一维、一维两区及两维模型。本文对循环流态化气、固流动模型进行了分类评述,供循环流化床反应器设计时参考。     

气-液-固三相流数值模拟研究进展

气-液-固三相反应器广泛的应用于工业生产的诸多领域,因此对该系统中气-液-固三相流动行为的研究具有重要的意义。随着计算机技术的高速发展而兴起的数值模拟计算日益成为研究此类问题的重要途径。本文系统的对近几十年来数值模拟在该领域的发展进行了综述。首先依据模拟尺度的不同,阐述了当前的主要模拟手段:欧拉法、拉格朗日法和直接数值模拟法。接着分别对这三类方法展开了详细的介绍,指出欧拉法与拉格朗日法都能开展工业级计算,但精度依赖于本构方程;直接数值模拟法能够捕捉局部界面变化细节,但需要十分精细的网格。最后本文对该领域的研究前景进行了展望。     

气固流态化中颗粒介尺度结构的动力学研究

气固流化床中的团聚等介尺度结构严重影响气固的整体流化特性、传热、传质和反应效率,因此介尺度结构的研究至关重要。简要回顾颗粒介尺度结构的定义与分类,然后从流体-颗粒、颗粒-颗粒之间的力和非弹性碰撞相互作用出发,总结分析了颗粒介尺度结构形成原因和动力学演化过程的研究现状和发展动态。重点关注细颗粒与超细纳米颗粒形成的介尺度结构,即结块,并针对结块形成原因,讨论了颗粒间范德华力计算以及结块的力平衡理论模型,提出了细颗粒介尺度结构进一步的研究方向,即研究带有颗粒-颗粒作用力的介尺度结构的动态演化规律,为精准调控介尺度结构提供理论依据。     

超细颗粒在声场流化床中的流化特性

在内径为130mm的声场流化床中,以原生纳米级SiO2超细颗粒为物料,在声压水平为0～140dB、声波频率为0～500Hz范围内系统地考察了声波对超细颗粒流化特性的影响。结果表明：当声波频率为100～150Hz、声压大于130dB时,声波可以有效地消除节涌、抑制沟流、降低临界流化速度,显著地改善纳米SiO2颗粒的流化质量。在频率一定的情况下,声压越高,超细颗粒的临界流化速度越低,流化质量越好。当频率低于100Hz或高于150Hz时,随着频率的进一步降低或增加,超细颗粒的临界流化速度都增大,甚至又出现节涌和沟流。声波的效果减弱甚至消失。     

粘附性颗粒流化床内构件的选型

研究了多孔板式内构件和桨叶式内构件对粘附性颗粒流态化的影响. 实验表明,多孔板式内构件对流化质量的改善不好,桨叶式内构件的效果良好但仍然存在缺陷. 通过结合二者优点开发的孔桨式内构件克服了桨叶式内构件的缺点,显著地改善了粘附性颗粒的流化质量.     

粘性SiC颗粒聚团流态化特性

对不同粒径的°SiC粘性颗粒的流态化实验表明,颗粒粒径对流化性能有较大影响,颗粒粒径越小,颗粒间粘附力越大,其流化性能越差;提出了粘性颗粒自然聚团数Ae_n和流态化聚团数Ae_f,用来表征颗粒的流化性能;指出了应开展粘性颗粒聚团流态化的研究。     

D类颗粒节涌流态化的实验和数值模拟

应用双流体气固两相流模型,对均一粒径分布的Geldart D类颗粒的节涌流态化过程进行了模拟. 研究了流化过程中流化状态转变、床层膨胀比以及压力脉动功率谱,从Froude准数和颗粒动能的角度分析了模拟结果中的流化特性,并与实验数据进行了对比. 模拟结果准确预测了Geldart D类颗粒的节涌流态化特性,对床层膨胀高度和功率谱的预测与实验基本吻合. Froude准数和颗粒动能随时间的周期性脉动较好地反映了流化床内节涌流态化的气泡行为.     

原生纳米颗粒SiO_2中添加大粒径组分的流化性能

以平均原生粒径为 10nm的SiO2 为原料 ,采用添加较大球形玻璃珠颗粒的方法 ,在内径为6 0mm的有机玻璃流化床中 ,考察了在不同添加量和不同添加颗粒粒径的情况下 ,纳米颗粒SiO2 的流化性能。实验表明 ,纳米颗粒SiO2 的流化经历了沟流、节涌、破碎和聚团 4个阶段 ,但当添加玻璃珠的量大于10∶1或添加玻璃珠粒径不大于 0 13mm时 ,SiO2 的流化质量较好 ,并可采用床层压降曲线来表示其流化性能     

粒径及声场对SiO2超细颗粒流化行为的影响

采用内径为56 mm的玻璃管流化床,考察了平均粒径分别为5~10 nm(1#), 0.5 mm(2#)及10 mm(3#)的SiO2超细颗粒在无声场及声场存在下的流化行为. 无声场时,1#和2#颗粒可在较高的气速下形成稳定聚团,单位质量颗粒团间作用力与原生颗粒相比显著下降,因而可实现稳定的聚团流化,3#颗粒因颗粒间粘性力较大,无法实现稳定流化. 40~60 Hz的声场对3种超细颗粒的流化行为均可起到一定的改善作用,在此频率范围外,声场的作用不明显. 提高声压级,可以使1#和2#颗粒团发生一定程度的破碎,聚团尺寸减小,最小流化速度降低. 在实验范围内,添加声场无法使3#颗粒实现稳定流化.     

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。     

液固流化床中铜颗粒流化特性的研究

以球形铜颗粒为原料,水为流化介质,在横截面为50mm×15mm的液固流化床中,考察不同平均粒径铜颗粒的流化特性。并基于Richardson-Zaki的关联式,提出符合本实验条件计算空隙率方程中指数n的关联式。     

石英砂二元混合颗粒初始流化过程的研究

在一套Φ300 mm×3000 mm的有机玻璃冷模流化床实验装置上,考察了石英砂二元混合颗粒的初始流化特性。所有二元混合颗粒均由颗粒密度相同但粒径不同的A、B、C、D四类颗粒组分两两按照一定质量分数混合而成。采用FXC-Ⅱ/32型压力巡检仪测得了不同轴向位置床层的压降曲线,得到了不同二元混合颗粒的起始流化过程特性曲线和起始流化速度。实验结果表明,两种颗粒组分平均粒径大小和差异及其组分质量分率对二元混合颗粒的起始流化特性具有显著影响。A类颗粒加入可显著改善B、C和D类颗粒的流化质量;C类颗粒加入量过大会使混合颗粒在流化过程中出现严重的沟流现象;当浮升组分(小颗粒)质量分数为0.4时,组分粒径差异较大的二元混合颗粒在流化过程中最容易发生完全分级现象;对于粒径差别较大的二元颗粒组分,床层最小流化速度随小颗粒组分的增多而下降,而对于具有较强颗粒间作用力组分的二元颗粒组分,床层最小流化速度则随小颗粒组分的增多而增大。根据实验数据对等密度BD二元混合颗粒的起始流化速度预测公式进行了修正,发现实验值与计算值吻合较好。     

Investigation of Drying Geldart D and B Particles in Different Fluidization Regimes

Drying of nylon (Geldart D) and expanded polystyrene (Geldart B) particles in fixed and fluidized beds were studied experimentally and theoretically. Fluidized bed dryers are sometimes operated at velocities beyond bubbling fluidization to mitigate against de‐fluidization of surface wet particles. It was found that theoretical analysis using three different drying methods could predict the constant‐drying rate at such velocities and also across the entire fluidization regimes (fixed bed, bubbling, slugging and turbulent fluidization) as long as the bed remains completely fluidized. Results also showed that the theoretical predictions were accurate beyond previously reported velocity limits in a laboratory scale dryer. During bubbling fluidization, the cross flow factor method was used effectively to predict the influence of bubble phase on drying rates. In the falling‐rate period, it is demonstrated that the drying behaviour of nylon at different gas velocities can be characterised by a single normalized drying curve.