水平管段高压超浓相煤粉输送特性的数值模拟

在充分考虑气固两相相互作用的基础上,利用修正后的κ-ε湍流模型对以CO2为输送介质的高压超浓相煤粉气力输送进行了数值模拟.对于固相体积分数高达25％的高压超浓相煤粉气力输送,采用该模型模拟一体化管道(垂直管、弯管、水平管连接在一起),获得了水平管段中不同粒径的颗粒在截面上的速度分布、浓度分布,以及不同表观气速下水平管段中固相的径向浓度分布.模拟结果表明,在相同的输送条件下,大粒径煤粉的速度较低,更容易在水平管道沉积;煤粉粒径相同时,表观气速较大的颗粒在沉积区的浓度分布较小.将模拟结果与相同试验条件下的水平管电容层析成像(ECT)结果进行了对比,验证了本文模拟结果的正确性.     

基于静电法的气力输送局部流动特性R/S分析

利用静电电极的局部敏感特性,使用四电极静电传感器对气力输送过程中管道截面局部流动状态进行研究,运用R/S法提取颗粒运动微观特征。研究结果表明:当表观气速上升,静电信号Hurst指数随之下降,颗粒运动复杂度升高,Hurst指数对输送气速变化引起的颗粒运动状态改变具有很好的表征效果。在水平管道截面内,上侧区域静电信号Hurst指数远比左侧、右侧及下侧区域的高,说明上侧区域颗粒运动复杂度较低。当管内流型发生变化时,下侧区域静电信号Hurst指数的相对变化最明显,可以反映颗粒沉积过程。R/S分析法为气力输送流型的研究提供了一种有效的判断方法。     

FCC湍流流化床稀相区夹带颗粒粒度分布规律的研究

在一套 Φ1 2 0 0 mm× 1 2 0 0 0 mm/Φ1 0 0 0 mm× 5 0 0 0 mm的大型有机玻璃流化床中考察了 FCC催化剂在稀相区夹带粒度分布的情况 ,得出夹带颗粒与稀相高度及表观气速的分布规律 ,即随着高度的上升 ,小颗粒所占分率逐渐增多 ,大颗粒所占分率逐渐减小。通过对实验结果的分析 ,给出了颗粒粒度分布与高度及表观气速的关联式     

用于气固两相流测量的方形静电传感器阵列建模及实验验证

为研究由分布式条形电极组成的方形静电传感器阵列检测机理,基于静电学基本理论及镜像电荷法建立方形静电传感器阵列的解析式感应机理数学模型;基于该模型,采用点电荷模拟带电颗粒,研究在管道内不同区域处的移动带电颗粒激励下,静电传感器阵列中不同电极的感应电荷及感应电流输出特性。为验证数学模型,设计并搭建方形管道重力输送颗粒实验装置。方形静电传感器阵列包含2层分布式条形电极组,每层条形电极组中12个(3×4)条形电极均匀分布在方形管段截面的四面管壁上。控制颗粒在管道横截面不同位置下落,研究静电传感器阵列输出特性。研究结果表明:方形静电传感器阵列各电极的感应输出结果与仿真结果趋势一致,证明了数学模型的有效性。     

基于ESMD的浓相气力输送颗粒静电信号分析及速度测量

针对浓相气力输送中颗粒相的复杂流动特性,采用极点对称模态分解方法分析静电环状和弧状阵列信号.研究了多种工况下输送系统启停过程和过渡过程中不同分解模态静电信号的能量和频率分布信息特性,提出了一种新的浓相气力输送颗粒速度测量方法,并进行实验验证.研究结果表明,环状电极静电信号的能量分布信息能够用来判断输送系统在启停过程中颗粒流动的稳定性;弧状电极静电信号的能量信息可用来判断管道内颗粒相的分布情况.文中提出的静电信号瞬时频率颗粒速度测量方法相比于空间滤波测速法,其特征系数的相对标准差至少降低58%,表明该速度测量方法可以稳定并准确测量浓相气力输送颗粒速度.     

高压下不同载气多原料超浓相气力输送机理及流动特性研究

为了获得高压浓相气力输送过程中不同粉体的输送机理及流动特性,对发料罐内的流动特性、不同粉体的输送特性及含水率对流动稳定性的影响规律进行实验研究并进行数值模拟。引用先进的阵列式静电传感器对粉体流动过程的特征参数进行监测。结果如下:采用光纤颗粒浓度探针获得了常压上出料式发送罐内提升管入口附近区域颗粒浓度分布,揭示了提升管入口附近区域气固流动结构的变化规律。在高压超浓相条件下进行了不同含碳原料的气力输送实验研究,获得了褐煤、无烟煤以及石油焦的输送规律,发现了石油焦输送过程中的结壳问题并提出了解决方法;通过褐煤中不同赋存形态的水分进行分类研究,获得了不同褐煤气力输送临界水分含量。对工业规模级竖直上升管压降进行了研究,并对粉煤密相气力输送管路流型及其压力信号特征分析,揭示了粉煤流动稳定性以及流型变化特性。对基于颗粒动理学理论的双流体模型进行了修正,建立了描述常压上出料式发送罐内气固流动的数学模型,获得了提升管入口附近区域颗粒浓度和速度分布规律。基于双流体Euler-Euler方法,将k-ε-kp-εp湍流模型与颗粒动理学理论相结合,对高压超浓相粉体气力输送的气固两相流的全面力学分析,通过对气固两相流的动力学参数的瞬态分布特征的理论分析,对原有数理模型进一步的改进和完善后,利用此模型对高压超浓相输送系统中水平管、弯管和垂直管建立了完善的一体化管道并进行模拟计算。开发了基于阵列式静电传感器的多路相关速度测量系统,实现了颗粒局部平均速度的测量,并将其应用于高压浓相煤粉气力输送的过程监测中,为提高气力输送效率和输送稳定性提供参考依据。     

流化床反应器内活性焦流动特性的模拟研究

本文基于双流体模型,对二维流化床反应器内活性焦在不同操作条件下的流体动力学特性进行了数值模拟研究。模拟结果发现,低气速高进料量条件下的管内压降最大,反应器内压降随管内固相容积份额的增加而增加。活性焦在反应器内的轴向固含率呈现出下浓上稀分布,证明了流化床内固相分布的不均匀特性。颗粒轴向平均速度受表观气速影响较大,流化床底部的颗粒速度较低,在气体夹带作用下沿床高方向逐渐增大。因此,设置合理的操作参数(表观气速和固体循环量),对提高流化床内的气固反应效率具有重要意义。     

采用互相关与自适应滤波算法测量流速的比较研究

针对气固两相流固相颗粒流速的测量问题,讨论了可用于流速测量的互相关法和自适应滤波时延估计法.对于安装在气力输送管道上的双电极静电传感器输出信号,利用相关函数进行上下游电极输出信号相似性的比较,相似性最大即相关函数取极大值时的时间延迟,结合传感器电极间距离,计算出固相颗粒流过传感器的平均速度,也可以采用自适应滤波计算输出信号在上下游静电传感器间的时间延迟,测得管道中固体颗粒的流速.实验结果表明,所测得的电极信号与噪声的统计特性受到了环境的影响,互相关算法测量速度的准确性大大降低,而自适应滤波算法由于能根据信号和噪声的相互关系不断地调整自身参数,满足最小均方算法准则的要求,可以精确地跟踪固相颗粒速度.     

加压密相气力输送空隙率的实验

在加压密相气力输送中试实验台上进行内蒙烟煤的输送特性实验,考察操作条件和物性参数对空隙率的影响规律.结果表明:提高输送压力有利于实现较低空隙率的输送;随着流化风量的增大,空隙率先减小后增大;补充风量的增大会提高空隙率;随着总差压的增大,52μm煤粉的空隙率先减小后增大,而115和300μm煤粉的提升段空隙率持续增大,且同一总差压下,粒径较大煤粉对应的提升段空隙率较小;煤粉水分的增加会降低固相体积流量,同时增大两相流空隙率;随着表观气速的减小,300μm煤粉的流型从悬浮流向沙丘流转变,管路空隙率逐渐减小.     

高压浓相粉煤气力输送

在高达700kg/m3的高压气力输送试验台上,用氮气进行煤粉高压浓相粉煤气力输送试验研究.分别在不同的总输送差压、煤粉含水率、风量和压力等条件下进行了输送试验,考察操作参数对煤粉质量流量、固气比和单位管道长度的压损等气力输送特征参数的影响.结果表明:随着总差压和流化风流量的增加,煤粉的质量流量增大;当流化风流量较小时,煤粉质量流量受流化风的影响较大,随着流化风流量增大,流化风对煤粉质量流量的影响变缓.固气比随着注入速度的增大先增大后减小,随着总差压的增加而增大;其他输送参数相同的条件下,输送压力越高,煤粉的质量流量和固气比就越大;随着含水率的增加,煤粉的质量流量逐渐减小;在输送相图中,相同煤粉湿度下,输送压损随表观速度的增加先减小后略有升高;相同表观速度下,煤粉含水率越低,压力损失越大.     

CO2/N2高压密相输送弯管压降特性实验研究

在高压密相气力输送实验装置上,研究了兖州烟煤在CO2和N2作为输送介质时,输送管路中水平弯管和垂直弯管压降的特性,以及云南褐煤煤粉含水率对水平弯管和垂直弯管压降的影响.结果表明:在系统压差相同,输送介质为CO2和N2时,水平弯管压降随表观气速U的下降而逐渐减小,CO2时煤粉体积分数比N2时小;垂直弯管压降随U的下降而减小,当U下降至5.3 m/s时,N2下垂直弯管压降达到最小值,CO2下没有出现压降最低拐点,CO2时垂直弯管的压降比N2时略高.由实验还发现,煤粉中水的质量分数增加会导致煤粉颗粒间相互粘黏、团聚,致使N2和CO2下水平弯管压降增大,垂直弯管压降小幅降低.通过模化理论和实验分析获得了不同输送介质下水平、垂直弯管的固相附加压损系数的拟合公式,由该式得到的弯管压降与实验吻合良好,误差在±5％以内.     

功率谱熵在垂直于水平流向的气液两相流压差信号中的应用

对垂直于水平流向的气液两相流压差信号进行了实际测量,对采集的信号提取其功率谱熵值.结果表明:压差信号的功率谱熵受外界压力变化影响较小,对两相流流型变化是敏感的,通过分析功率谱熵值随气液两相流气相流速变化趋势,能够较好地揭示水平管道气液两相流流动特性,为两相流流型的准确识别方法提供有价值的参考.     

方形气固流化床中局部颗粒速度实验研究

对FCC颗粒在截面尺寸为368 mm的方形流化床中研究了局部颗粒速度分布的基本行为。实验利用光纤探针测试了三个不同轴向高度的颗粒速度分布和静止床层高度对颗粒速度分布的影响。结果表明:截面局部颗粒速度随表观气速U g的增大同步增加,颗粒速度沿截面分布不均匀。在截面中心区,局部颗粒速度随U g增加而增加,上行颗粒速度增加更为显著。在边壁区,低气速时上、下行局部颗粒速度随U g增加而增加且增幅相近;高气速下局部颗粒速度表现出显著的波动过程。静床高度增加,对上行颗粒速度影响明显,但随着气速增加影响减弱。     

加压循环流化床气固流动特性实验研究Ⅰ:颗粒体积分数分布特性

针对加压煤气化和化学链燃烧的发展需求,建立了一种加压循环流化床的冷态实验装置,研究了不同操作压力(0.1～0.5 MPa)下,平均粒径为137μm、密度为2 490 kg/m3的Geldart B类颗粒在提升管内的压降和表观颗粒体积分数分布特性.实验结果表明,上升管压降随固气质量比的增大而线性增加,增加的速率随操作压力的增加而增加,且基本不受操作气速和固体通量的影响.加压条件下,表观颗粒体积分数呈上小下大的分布,且随固体通量的增加而增加,随标态表观气速的增加而减小.在固体通量和操作气速一定的情况下,增加操作压力可以显著提高上升管内表观颗粒体积分数,并使其轴向分布更加均匀.     

微膨胀床反应器内气液分布设备性能数值模拟

用VOF数值模型方法,对适用于上流式微膨胀床反应器内的气液分布设备进行了数值模拟研究,并与实验结果进行了对比。考察了气液分布设备对气液两相的分布作用,包括分布器内的动态流动特征和流动形态。同时考察了气泡的大小、上升速度、压力降随着表观气液速的变化规律。结果表明：(1)选用VOF数学模型,可以清晰准确的模拟出气液分布器的动态流动特性和气液分界面,可以指导气液分布器的优化设计;(2)气泡的上升速度随着表观气速和表观液速的增大而增大;气液分布器出口气泡的直径随着表观气速的增大而增大,随着表观液速的增大而减小;截面平均气含率随着表观气速的增大而增大,随着表观液速的增大而减小;气液分布器的压降则随着表观气速的增大而减小,随着表观液速的增加而增大;(3)相对于表观液速的变化,气液分布器对表观气速的变化敏感度更高,表观气速更影响分布器的工作负荷。     

高压浓相变粒径煤粉气力输送阻力特性

在自主设计的高压浓相气力输送系统上进行不同粒径的煤粉气力输送试验研究.在对试验系统进行准确性和稳定性分析的基础上,分别在不同的输送压力、煤粉粒径和输送速度等条件下进行输送试验,考察操作参数和煤粉物性对各管段的压损、局部阻力特性及输送气体品质的影响规律.结果表明:随着输送速度的增加,各管段压损先减小后略有增大;在相同的质量流量和输送压力下,随着煤粉平均粒径的增大,压损逐渐增大.在输送速度和固气比保持不变的条件下,随着压力的升高,输送气体的输送能力增强,压损逐渐降低,△Pv-△Ph逐渐减小.随着表观速度的增加,弯管局部阻力先减小后变化平缓;在相同表观速度下,煤粉粒度越大,局部阻力值越高;弯管当量系数K与输送速度、固气比无关,与煤粉粒径,输送压力相关;随着粒径的增加,弯管当量系数K先增大后减小.     

基于内阵列电极的ECT/ERT双模态成像

电学层析成像(ET)技术正逐渐应用于各工业过程中.目前,实现ECT/ERT双模态成像一般通过双截面的ECT和ERT组合技术完成,因此难以实现同一截面、同时间获取信息的融合.文中设计了内置式单阵列电极的ECT/ERT双模态传感器,并进行了单模态和双模态的相应实验.仿真和实验结果表明,该双模态传感器不仅结构简单、安装方便,而且可实现油水两相流同一截面、同时间的连续测量,实验中含油率的测量值与理论计算值较好地吻合,有效拓宽了单阵列电极油水两相流范围.     

氧热法电石合成淤浆鼓泡床反应器的流动特性

针对氧热法电石合成的电石吸热反应和炭燃烧放热耦合特点,本文设计并研究了适用该过程的三相淤浆鼓泡床反应器。采用空气-水-氯化聚氯乙烯（CPVC）模拟物系,实测了不同表观气速、固体颗粒进料量和静液高度下淤浆鼓泡床床层中局部平均气含率、固含率轴向分布和大、小两类气泡的分布。结果表明表观气速越大,局部平均气含率越大;固体颗粒的加入减小了床层局部平均气含率。当Ug在0.136~0.196m/s之间时,固含率轴向分布随表观气速增大趋于均匀;固体颗粒进料量越小则固含率沿轴向分布越均匀。随着表观气速的增加,小气泡含量逐渐增加,大气泡含量逐渐减小;随着静液高度的增加,大气泡含量均是先增大后减小。上述结果表明电石生成反应与燃烧供热反应原位耦合于淤浆鼓泡床中是可行的。     

三级碳化反应器中的气泡行为研究

针对“钙化碳化法”处理低品位铝土矿及赤泥新方法的核心环节碳化过程,为实现碳化反应器内气泡微细化及均匀分布,提高碳化效率,提出了“三级错流文丘里式射流反应器”,并进行了冷态物理模拟研究,考察了反应器内的局部气含率和气泡上升速度.结果表明,气含率随表观气速的增大而增大,随表观液速的增大而减小,沿反应器轴向逐渐降低,后一级反应器的气含率大于前一级;气泡上升速度随表观气速和表观液速的增大而增大,沿反应器轴向逐渐降低,后一级反应器的气泡上升速度大于前一级,该结果为碳化反应器的设计和工业应用提供了依据.     

气力输送中不同物料的流动特性及倾斜管阻力特性

在输送压力高达3.0 MPa、差压1.2 MPa的实验台上,进行了不同粒径、不同种类物料的高压密相气力输送实验,研究了物料种类、物性和倾斜角度对倾斜管阻力特性的影响规律.通过剪切实验研究了实验物料的流动特性,并结合剪切实验与输送实验的结果研究物料的流动性和倾斜管阻力特性间的关联.结果表明:在相同粒径的条件下无烟煤的流动性比石油焦好;在相同表观气速下,倾斜管压降梯度随着质量流量的增大而增大;在相同的表观气速和质量流量下,平均粒径大的同种物料倾斜管压降梯度大于平均粒径小的物料;在相同输送条件下,相同粒径的石油焦颗粒倾斜管压降梯度低于无烟煤,流动性对倾斜管压降梯度的影响不显著;在0°~60°范围内、相同表观气速下,倾斜角越大,倾斜管压降梯度越大.