气固流化床中特征流动结构对传热特性影响机制的研究
发布时间：2024-07-06 08:04
气固流化床中剧烈的气泡湍动及颗粒循环使其具有优异的混合性能以及传热、传质性能,在化学工程及相关领域具有广泛的应用。气泡、颗粒涡、颗粒聚团、喷液云区作为气相法聚烯烃流化床中典型的流动结构,决定了流化床反应器的流体力学特性、传热及传质特性。特别地,当有冷凝液引入流化床反应器时,液滴-颗粒间及液滴-气泡间相互作用会导致流体力学特性显著变化,反应器的传热行为变得更加复杂。因此,研究流化床反应器的特征流动结构对流体力学及传热特性的影响规律,对流化床反应器的设计及放大具有重要意义。本论文以气相法聚烯烃流化床反应器为研究对象,首先对二维流化床中单气泡及连续射流气泡行为进行CFD模拟,研究颗粒涡及静电对气泡特性、颗粒行为及传热的影响;再通过湿颗粒流化实验、连续喷液加热流化实验及CFD模拟,研究流化床中液体的扩散路径、蒸发行为及其对气泡特性、颗粒流型及传热的影响。主要研究工作和成果包括:1.通过将双流体模型与传热模型耦合,首次对单气泡上升过程中颗粒涡的生成及弥散过程进行定量表征。研究发现随着气泡上升,颗粒涡逐渐弥散至整个流化床,并驱动颗粒混合、导致气泡分裂、抑制气体穿流,使气体穿流量比Davidson模...
【文章页数】：211 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究目的与科学意义
1.2 本研究主要工作
第二章 文献综述
2.1 气固流化床的气泡动力学
2.1.1 气泡动力学的实验研究
2.1.2 气泡动力学的模拟研究
2.1.3 颗粒涡结构的实验测定及模拟研究
2.1.4 气泡的调控手段
2.2 喷液流化床中湿颗粒行为
2.2.1 湿颗粒流态化及团聚行为
2.2.2 喷液流化床的云区表征
2.3 特征流动结构与传热特性的相互作用规律
2.4 课题提出
符号说明
参考文献
第三章 模拟方法及实验设置
3.1 基于颗粒动理学理论的流体力学模型
3.1.1 守恒方程
3.1.2 相间动量交换本构方程
3.1.3 基于固相流变学的守恒方程
3.2 气固传热模型
3.3 流化床静电模型
3.4 多相喷液模型
3.4.1 相间动量和质量交换
3.4.2 相间传质和传热
3.4.2.1 相间传质模型
3.4.2.2 相间传热模型
3.5 实验装置和数据处理方法
3.5.1 实验装置
3.5.1.1 拟二维床实验装置
3.5.1.2 三维床实验装置
3.5.2 数据处理方法
3.5.2.1 压力脉动时域处理方法
3.5.2.2 压力脉动频域处理方法
符号说明
参考文献
第四章 气固流化床单气泡气体交换及传热的CFD模拟
4.1 引言
4.2 模拟体系
4.2.1 单孔射流气固流化床
4.2.2 初始设置和边界条件
4.2.3 泊松方程求解器及静电第一定律验证
4.3 结果与讨论
4.3.1 气固流化床单气泡动力学
4.3.1.1 气泡演变过程
4.3.1.2 气泡对气、固流型的影响
4.3.1.3 单气泡气体穿流量
4.3.1.4 颗粒涡演变过程与局部传热系数分布
4.3.2 静电对单气泡气泡动力学的影响
4.3.2.1 静电对气泡直径和气泡速度的影响
4.3.2.2 静电对气体穿流量的影响
4.3.2.3 静电系统中颗粒涡演化过程与局部传热系数分布
4.4 本章结论
符号说明
参考文献
第五章 射流鼓泡流化床中气泡及传热特性的CFD模拟
5.1 引言
5.2 结果与讨论
5.2.1 射流鼓泡流化床的气泡特性
5.2.1.1 气泡生成及气泡演变
5.2.1.2 空隙率分布
5.2.1.3 气泡混沌特性
5.2.2 射流鼓泡流化床的颗粒脉动特性
5.2.2.1 颗粒脉动速度
5.2.2.2 颗粒温度
5.2.2.3 基于杂化模型的颗粒轨迹模拟
5.2.3 射流鼓泡流化床的气体穿流和传热行为
5.2.3.1 静电对穿流量和相间传热的影响
5.2.3.2 静电对气固局部传热系数的影响
5.3 本章结论
符号说明
参考文献
第六章 湿颗粒流化床气泡行为及流型转变的实验研究
6.1 引言
6.2 实验装置与数据处理方法
6.2.1 湿颗粒流化床实验装置
6.2.2 气泡直径计算方法
6.3 结果与讨论
6.3.1 湿颗粒流化床的流型转变规律
6.3.2 湿颗粒流化床的气泡直径变化规律
6.3.3 湿颗粒流化床聚团生成判据
6.4 本章结论
符号说明
参考文献
第七章 喷液流化床气泡行为及传热特性的实验研究
7.1 引言
7.2 实验装置和方法
7.2.1 实验装置
7.2.2 可逆温感变色颗粒制备及表征
7.2.3 基于DIA的气泡参数和低温颗粒数量统计
7.2.4 基于PIV分析的颗粒参数计算
7.2.5 基于可逆温感变色颗粒的液体扩散路径识别
7.3 结果与讨论
7.3.1 喷液流化床气泡分布及演化规律
7.3.2 喷液流化床颗粒速度场的演化规律
7.3.3 喷液流化床多区传热模型
7.4 本章结论
符号说明
参考文献
第八章 喷液流化床流体力学特性与传热特性的CFD模拟
8.1 引言
8.2 喷液模型实验及模拟验证
8.2.1 实验装置
8.2.2 模型验证
8.3 结果与讨论
8.3.1 喷液对单分散流化床流动和传热的影响
8.3.1.1 喷液对平均颗粒高度的影响
8.3.1.2 液体蒸发对喷液区特性的影响
8.3.1.3 喷液对传热系数的影响
8.3.2 喷液对双分散流化床流动和传热的影响
8.3.2.1 喷液对颗粒分离比的影响
8.3.2.2 喷液对双分散体系传热系数的影响
8.4 本章结论
符号说明
参考文献
第九章 总结与展望
9.1 论文研究总结与论文创新点
9.2 研究展望
博士期间发表的论文
作者简介
本文编号：4002303
【文章页数】：211 页
【学位级别】：博士
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致谢
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究目的与科学意义
1.2 本研究主要工作
第二章 文献综述
2.1 气固流化床的气泡动力学
2.1.1 气泡动力学的实验研究
2.1.2 气泡动力学的模拟研究
2.1.3 颗粒涡结构的实验测定及模拟研究
2.1.4 气泡的调控手段
2.2 喷液流化床中湿颗粒行为
2.2.1 湿颗粒流态化及团聚行为
2.2.2 喷液流化床的云区表征
2.3 特征流动结构与传热特性的相互作用规律
2.4 课题提出
符号说明
参考文献
第三章 模拟方法及实验设置
3.1 基于颗粒动理学理论的流体力学模型
3.1.1 守恒方程
3.1.2 相间动量交换本构方程
3.1.3 基于固相流变学的守恒方程
3.2 气固传热模型
3.3 流化床静电模型
3.4 多相喷液模型
3.4.1 相间动量和质量交换
3.4.2 相间传质和传热
3.4.2.1 相间传质模型
3.4.2.2 相间传热模型
3.5 实验装置和数据处理方法
3.5.1 实验装置
3.5.1.1 拟二维床实验装置
3.5.1.2 三维床实验装置
3.5.2 数据处理方法
3.5.2.1 压力脉动时域处理方法
3.5.2.2 压力脉动频域处理方法
符号说明
参考文献
第四章 气固流化床单气泡气体交换及传热的CFD模拟
4.1 引言
4.2 模拟体系
4.2.1 单孔射流气固流化床
4.2.2 初始设置和边界条件
4.2.3 泊松方程求解器及静电第一定律验证
4.3 结果与讨论
4.3.1 气固流化床单气泡动力学
4.3.1.1 气泡演变过程
4.3.1.2 气泡对气、固流型的影响
4.3.1.3 单气泡气体穿流量
4.3.1.4 颗粒涡演变过程与局部传热系数分布
4.3.2 静电对单气泡气泡动力学的影响
4.3.2.1 静电对气泡直径和气泡速度的影响
4.3.2.2 静电对气体穿流量的影响
4.3.2.3 静电系统中颗粒涡演化过程与局部传热系数分布
4.4 本章结论
符号说明
参考文献
第五章 射流鼓泡流化床中气泡及传热特性的CFD模拟
5.1 引言
5.2 结果与讨论
5.2.1 射流鼓泡流化床的气泡特性
5.2.1.1 气泡生成及气泡演变
5.2.1.2 空隙率分布
5.2.1.3 气泡混沌特性
5.2.2 射流鼓泡流化床的颗粒脉动特性
5.2.2.1 颗粒脉动速度
5.2.2.2 颗粒温度
5.2.2.3 基于杂化模型的颗粒轨迹模拟
5.2.3 射流鼓泡流化床的气体穿流和传热行为
5.2.3.1 静电对穿流量和相间传热的影响
5.2.3.2 静电对气固局部传热系数的影响
5.3 本章结论
符号说明
参考文献
第六章 湿颗粒流化床气泡行为及流型转变的实验研究
6.1 引言
6.2 实验装置与数据处理方法
6.2.1 湿颗粒流化床实验装置
6.2.2 气泡直径计算方法
6.3 结果与讨论
6.3.1 湿颗粒流化床的流型转变规律
6.3.2 湿颗粒流化床的气泡直径变化规律
6.3.3 湿颗粒流化床聚团生成判据
6.4 本章结论
符号说明
参考文献
第七章 喷液流化床气泡行为及传热特性的实验研究
7.1 引言
7.2 实验装置和方法
7.2.1 实验装置
7.2.2 可逆温感变色颗粒制备及表征
7.2.3 基于DIA的气泡参数和低温颗粒数量统计
7.2.4 基于PIV分析的颗粒参数计算
7.2.5 基于可逆温感变色颗粒的液体扩散路径识别
7.3 结果与讨论
7.3.1 喷液流化床气泡分布及演化规律
7.3.2 喷液流化床颗粒速度场的演化规律
7.3.3 喷液流化床多区传热模型
7.4 本章结论
符号说明
参考文献
第八章 喷液流化床流体力学特性与传热特性的CFD模拟
8.1 引言
8.2 喷液模型实验及模拟验证
8.2.1 实验装置
8.2.2 模型验证
8.3 结果与讨论
8.3.1 喷液对单分散流化床流动和传热的影响
8.3.1.1 喷液对平均颗粒高度的影响
8.3.1.2 液体蒸发对喷液区特性的影响
8.3.1.3 喷液对传热系数的影响
8.3.2 喷液对双分散流化床流动和传热的影响
8.3.2.1 喷液对颗粒分离比的影响
8.3.2.2 喷液对双分散体系传热系数的影响
8.4 本章结论
符号说明
参考文献
第九章 总结与展望
9.1 论文研究总结与论文创新点
9.2 研究展望
博士期间发表的论文
作者简介
本文编号：4002303
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