稠密气固流中颗粒聚团的流体力学特性的研究

发布时间：2020-05-25 15:11

【摘要】：密相流化床反应器具有结构简单、传热与传质效率高等优点。气固流化床内的多相流动是非线性、非均匀的气固两相流系统,并呈现出复杂的多尺度结构,前人对于气固流化床内介尺度流动结构的研究大多集中于表观气速较高的床层之中,对密相床层研究较少。随着研究的深入,发现由于对气泡和乳化相描述的局限,无法准确的表征鼓泡床和湍流床内的介尺度流动结构。本次研究在一套流化床冷模装置中,采用PV-6D型光纤探针测量了两种实验介质(FCC颗粒与添加20%细粉的FCC颗粒)在床层内不同轴、径向位置处的瞬时固含率脉动信号,结果发现:两种固含率时间序列信号均呈双峰分布:由气泡相峰与乳化相峰共同组成。利用三阶统计矩法找寻气泡相与乳化相的分界点(气泡相阈值),经计算得到FCC颗粒的阈值在0.26-0.35范围内变化;添加20%细粉后的FCC颗粒的阈值在0.40-0.45范围内变化。在床层中心处,三阶统计矩法对固含率概率密度曲线拟合效果良好,不超过7%;在边壁处,拟合效果偏差较大;因此,提出了在边壁处拟合的新方法,并且进一步对三阶统计矩法进行了简化。简化后的方法可简便计算气泡相阈值,对固含率概率密度曲线拟合效果良好,可用于阈值的简便计算或为三阶统计矩法提供初设值。结合三阶统计矩法对阈值的计算,利用Matlab软件对固含率时间序列信号进行解耦分析。可得到在不同操作气速下、不同轴向位置与径向位置处的气泡相、乳化相与颗粒聚团相的平均固含率、颗粒聚团相分率、颗粒聚团的生成频率、颗粒聚团的持续时间与颗粒聚团弦长等各项结构参数。将两种实验介质所计算得到结构参数进行对比,发现添加细粉后的FCC颗粒的各项结构参数受操作气速影响较大,颗粒较易于聚团并且聚团尺寸较大。
【图文】：

流态化是介于鼓泡流态化与快速流态化之间的一种流化区域。小的气泡尺寸与较低的压力脉动值的特征。与此同时，湍流床传质效率。操作气速的增加，流化床内气泡合并速度加快，气泡尺寸也随寸达到其最大稳定直径后，随着气速的进一步增加，气泡破碎泡平均尺寸也随之而减小并造成此处压力脉动的减缓。许多动幅值达到最大值时所对应的气速定义为鼓泡流态化向湍动流相流模型床内部两相流结构较为复杂，Toomey 等[6]提出了经典两相流模床由处于流态化的颗粒乳化相与几乎不含颗粒的气泡组成。该床内气体分为两部分，一部分维持颗粒的流化状态，另一部分床层，而颗粒与气泡之间是相互独立的，，如图 1.1 关系所示。目型依然被普遍用于对鼓泡床与湍流床内稠密气固流的描述。

图 1.2 流化床内区分密相与稀相的方法[6]Fig. 1.2 Type of thresholds for separating emulsion andbubble phases in fluidized beds[6]Bi 等[8]在一套直径为 Φ100 mm 的流化床实验装置中对气泡相的阈值研究究。实验采用光纤探针来测量固含率信号，并拟合出概率密度曲线，采方法计算出阈值，具体结果如图 1.3 所示。对同一组数据采用不同方法计后，由此计算得到的乳化相体积分率相差较大，有必要进一步的研究以计算气泡相阈值的方法。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O35

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本文编号：2680337