环形喷动床颗粒混合特性实验研究

针对一种新型多喷口环形喷动床的混合特性进行了实验.研究了存料量、风速和粒径对颗粒混合的影响,分析了圆周方向的颗粒混合.结果表明,该喷动床具有良好的混合特性.风速对混合速度影响较大,风速越高混合速度越快,这种效果在轴向更加明显;存料量对最终的混合偏离度影响较大,轴向终态混合偏离度随存料量的增加先降低后升高,而圆周方向终态混合偏离度则随存料量的增加而降低;粒径对混合速度有一定的影响,粒径越小颗粒混合速度越快.此外,该喷动床独特的结构有效降低了轴向和圆周方向上的混合差别.     

喷动床导向管内粗颗粒的动特性

喷动床是处理粗颗粒物料的高效反应器．应用粒子图像测速仪（PIV）研究了喷动床导向管内粗颗粒物料的运动规律，测量了粗颗粒物料的瞬态流场及湍流度分布．粒子运动速度基本是轴对称的，轴心处速度最高；而在近壁处低，当喷动气流速度增加时粒子湍流度也增加，轴心处湍流度高于近壁处的湍流度．管中的流动湍动十分剧烈，湍流度始终很大，这加强了气流和物料间的热量和质量的传递．     

基于CFD-DEM耦合并行算法的锥形喷动床内离散颗粒数值模拟

基于FLUENT软件的MPI平台,在二次开发框架内通过用户自定义函数文件实现了CFD-DEM耦合并行算法.该并行算法具有随CPU核数增加的较佳扩展性能和良好加速性能.通过构建空隙率标量场、重组基于局部平均并考虑气-固相互作用的气相控制方程,提高了气相控制方程的求解稳定性与收敛性;通过软球模型确定颗粒-颗粒及颗粒-壁面间的相互作用,以曳力模型为基础建立了相间相互作用关系.将该CFD-DEM耦合并行模型应用于锥形喷动床气固两相流动的数值模拟中,结果表明:该CFD-DEM耦合并行模型能较好地模拟锥形喷动床内气固流动行为;锥形喷动床内的颗粒流动经历了鼓泡阶段和稳定流态化阶段;在稳定流态化阶段,物料流动具有明显的周期性.基于锥形喷动床内颗粒相的瞬时速度场,获得了稳定流态化阶段颗粒的时均速度分布规律.     

喷动流化床内木屑流动特性的研究(Ⅲ)--床锥底角的影响

为了开发喷动流化床生物质裂解反应器,建立了一床内径为150 mm的有机玻璃冷模实验装置,在室温下考察了不同喷动气和流化气流速时,床锥底角对床层流动特性的影响.就所考察的分别为60°、75°和90°的床锥底角,在其它条件相同时,颗粒循环量和床层压降随锥形角度先减少后增大.另外床锥底角对床层的稳定性也产生了一定的影响.结合实验现象发现对于本装置,床锥底角度为90°的分布板为最佳.     

气固喷动床压力波动的Hurst分析

采用Hurst分析描述了不同喷动气速下气固喷动床中的压力波动行为 .发现压力波动信号中存在着不同程度的周期成分 .根据计算所得的Hurst系数H值随喷动气速增大而变化的曲线 ,可将颗粒床层的流动状态划分为 3个流域 :低气速时的不稳定流化、稳定喷动和高喷动气速下的不稳定喷动 .     

壁面滑移系数对多维度矩形喷动床气固流场影响的数值计算

基于计算流体力学(CFD)的方法,在欧拉-欧拉双流体模型框架下结合颗粒动理学理论,使用不同的颗粒壁面滑移系数对二维、准二维和三维不同维度的喷动床进行了数值计算。为了节约计算资源均采用轴(面)对称网格进行模拟,得到了不同维度喷动床的喷动过程云图、在不同滑移系数下颗粒体积分数云图、颗粒轴向速度轴向分布图。结果表明:相同边界条件下不同维度的喷动床喷动过程气泡生长速率有所差异。随着壁面滑移系数增大即颗粒壁面摩擦力增大,导致3个维度喷动床在中心处喷泉区的高度降低,同时颗粒轴向速度的轴向分布均也呈减小趋势;准二维床层较薄,导致颗粒在轴心处的运动还处于颗粒流体在壁面的速度边界层内,相对于二维和三维床层对壁面滑移系数更敏感。     

导向管喷动流化床固体颗粒的循环量

在内径为182mm的导向管喷动流化床中,用平均粒径为2．2mm的尿素为物料,对喷动流化床固体颗粒循环量进行了研究,考察了对导流管安装高度、喷动口直径和物料床层高度的变化对固体颗粒循环量的影响．实验中发现了当喷动流化床环形区处于移动床状态时,导向管安装高度越高、喷动口直径越大、物料静止床层高度越高,固体颗粒循环量也越大;当环形区处于流化床状态时,喷动口直径和导向管安装高度对固体颗粒循环量影响不大,而物料静止床层高度越高,固体颗粒循环量越大．结果表明,在环形区处于移动床和流化床两种状态下,导向管安装高度和喷动口直径对固体颗粒循环量的影响是不同的．     

喷动床多气体入口对燃料颗粒包覆工艺的影响

包覆燃料颗粒的制备是 10 MW高温气冷堆中的关键技术。论文介绍了一种用于生产包覆燃料颗粒的具有多气体入口的新颖喷动床 ,通过不同气体入口条件下的包覆试验 ,揭示了该喷动床具有包覆反应区向喷管区收缩的特点 ,该特点可使得包覆层更均匀 ,密度低 ,颗粒周期性循环对包覆层性能波动的影响减弱等等 ;同时该喷动床的喷动高度低 ,减少了颗粒因碰撞而导致的包覆层裂纹。因此 ,该喷动床适合于包覆燃料颗粒的制备     

稻秸煤混粒在常规喷动床中的喷动性能

为了得到稻秸粒和煤粒混料在常规喷动床中冷态共喷时的喷动性能,采用床层压降和物料循环速率表征喷动行为,研究了床层压降随表观风速的关系曲线,以及稻秸煤粒混合比例、混料高度和喷口直径3个因素对床层压降表观风速关系曲线和对物料循环速率风量关系曲线的影响,实施了3因素12拟水平的均匀设计试验以求取表示喷动性能的回归方程.结果表明...     

木屑-石英砂喷动流化床内流动特性研究

为了开发喷动流化床生物质裂解反应器，建立了一内径为150mm的有机玻璃冷模实验装置，在室温下进行了生物质(木屑)和石英砂混合物在喷动流化床内的流动特性研究。考察了木屑、木屑与石英砂混合物的喷动流化现象。结果发现在喷动流化床其它条件相同时，床层中相同的木屑量，随石英砂量的增加，木屑的循环量减少；而相同的石英砂量，随木屑量的增加，石英砂的循环量增加。最小流化速度实验值与计算值相比略小但相差不大，可用Ergun公式预测床层的最小流化速度，但不能用Muthur公式来预测最小喷动速度，这是由木屑与石英砂颗粒混合物的性质和床层结构特性决定的。随着喷动气速和流化气速的改变，可观察到床内粒子表现出八种不同的流动状态：固定床区、流化床区、局部喷动床区、流化一局部喷动床区、喷动床区、喷动流化床区、喷动垂直输送区、喷动流化垂直输送区。     

稀相喷动流化床的流动特性

根据玻璃纤维毡增强热塑性树脂基复合材料(GMT)制备新工艺特点,提出了稀相喷动流化床的操作方式。测量了床内颗粒速度分布,考察了操作条件、体系结构等因素对流化床流动特性的影响。结果表明：稀相喷流床中环隙区颗粒的下降速度比传统喷动床高出一个数量级;床内颗粒的喷动和输送的主要影响因素是喷动气,亦受到流化气、导向管、喷嘴内径的影响。另外对中试装置内物料的流动特性进行了研究,为工艺的开发、设计和操作提供理论依据。     

旋转导向管喷动床装置

日前江苏大学研发的“旋转导向管喷动床装置”被授予实用新型专利，该专利采用喷动床反应器的新型结构，主要用于物料干燥、热解、造粒等．其特点在于导向管的上部为旋转部分，借助于物料喷出导向管端口时的反作用力驱动旋转部分．该结构可实现物料离开导向管后全部落在环形区内，当导向管直径增大后仍能保证喷动床的正常运转．该实用新型专利的应用突破传统导向管的局限性，可显著提高喷动床生产能力．     

喷动流化床射流穿透深度试验研究

提出射流穿透深度是表征喷动流化床煤气化过程中射流特性的重要参数.在300 mm×30mm×2 000 mm的喷动流化床煤气化炉冷态试验装置上,采用压力信号分析和快速摄像图像分析相结合的方法,系统地考察了喷动气速、喷口直径、物料特性、静止床高和流化气流率对射流穿透深度的影响.结果表明,射流穿透深度随喷动气速、喷口直径的增大而增大,随静止床高、物料密度、物料直径、流化气流率的增大而减小.另外,引入两相弗劳德数(Fr)、颗粒雷诺数(Rep)等无量纲参数,对试验结果进行多元回归分析,建立了喷动流化床射流穿透深度的关联式,该关联式全面考虑了各种影响因素,特别是静止床高和流化气流率的影响.关联式的预测值与本文及国内外其他一些研究者的试验值进行了比较,结果吻合得较好.     

喷动床空隙率分布

对塔径为１８２ｍｍ的喷动床，设计了可更换口径的直管式喷嘴，使用光导纤维仪实测小米和尿素等物料床层局部空隙率分布，结果表明，床内流动状态可分为喷动区，密相区，环形区和壁效应区４个区域，密相区空隙率变化很小，不随操作条件改变，且与静床隙率相当，对喷动床操作的稳定性起决定作用。     

高碳铬铁粉冷态喷动流化特性试验研究

设计了喷动流化床试验装置,研究了不同物料粒径和物料质量的高碳铬铁粉冷态喷动流化特性,考察了最大床层压降、最小喷动流化速度、床层空隙率与物料特性之间的变化关系。试验结果和分析计算表明,在同样条件下,高碳铬铁粉在喷动流化床中的起始静床层高度大于最大喷动床床层高度时,物料才具有典型的喷动流化特征;物料密度、物料粒径是影响喷动流化形态的主要因素;最大床层压降随物料质量、物料密度的增加而增大,随物料粒径的增加趋于增大;最小喷动流化速度均随物料质量、物料粒径的增加而增大;床层空隙率随喷动流化气体流量的增加而增大,物料质量对粗颗粒物料的床层空隙率影响较大,对细颗粒物料的床层空隙率影响较小。根据高碳铬铁粉的冷态喷动流化特性和形态变化,得出了高碳铬铁粉混合物料的喷动流化床操作相图。     

细颗粒环形气/固喷动床的压力波动分析

采用高频采集压力波动信号,通过统计和频率分析等手段讨论喷动气速、静床高及测点高度等参数对压力波动标准差的影响,并对床体中压力波动来源进行研究.结果表明:压力波动标准差随喷动气速和静床高的增加而增大,随测点高度的增加而减小;由于采用多喷口送风,功率谱中出现高频峰值;床层压力场的扰动主要来源于气泡的产生和破碎、气泡运动的相互作用以及气流从压力室进入喷口所产生的相互扰动.     

V型喷动流化床床层压力的研究

流化床床层压力及其分布是反映流化质量和床内物料运动状况的主要参数之一。本实验在于３１０×４０×２０００ｍｍ和８３×４０００ｍｍＶ型喷动流化床冷模装置上，以水泥生料粉为实验原料，对床层压力、缩口结构与流化质量关系进行了研究，分析了床层压降随喷射气流、流化气流的变化规律，并与普通流化床的类似特性作了比较，得出Ｖ型喷动流化床的适宜操作气速范围。流化浅床加上合理的缩口形状，可以实现层流边界层连续卸料的操作。     

颗粒相运动参数的光纤式高速摄影测量方法

介绍了一种用于测量稠密气固两相流颗粒相运动参数的光纤式高速摄影技术原理及其装置的构建方法.首先,将光纤内窥镜布置在流场内被卤素灯照亮的测量区域,与高速摄像机配合使用,获取颗粒群通过被测区时的运动视频,并对其进行图像预处理,使视频中的每帧图像清晰、无畸变;然后,采用颗粒特征识别算法提取每帧图像上颗粒的瞬时速度,并进行概率分布统计,得到表征颗粒流动特性的速度分布.利用该测量装置对一台截面直径为200 mm、高1 500 mm的三维喷动床进行了实验研究.测量结果表明,颗粒相垂直速度的径向分布曲线可以将颗粒在喷动床轴向截面上的运动特性分为A,B,C三个区域,其中A区与B区的分界点是颗粒相速度为0的点,也是喷动床内喷动区与环隙区的界面位置,这与相关文献的理论预测相吻合.     

基于ARM功率谱分析的喷动流化床压力波动频率特性

在300 mm×30 mm×2 000 mm的喷动流化床煤部分气化试验装置上,采用现代自回归模型(ARM)功率谱分析的方法,系统地考察了喷动气流速、流化气流率、静止床层高度对喷动流化床床层不同位置压力波动主频的影响.结果表明:床层不同位置压力波动的主频随喷动气流速的增大而增大,随静止床高的增大而减小;V型布风板以上床层压力波动主频随流化气流率的增大先增大(Qf/Qmf≤1.0)后减小(Qf/Qmf>1.0),布风板区域内压力波动主频随流化气流率的增大而增大.结合数码CCD图像对结果进行分析,揭示了压力波动主频与床内流动结构的关系,这对于发展喷动流化床技术提供了新的研究方法.     

锥形下行床内流动行为的CFD数值模拟

针对传统圆柱形下行床中固含率较低的问题,提出采用锥形下行床作为褐煤热解反应器。采用CFD软件进行数值模拟,考察了颗粒循环通量、密度、粒径等因素对锥形下行床中径向和轴向流动规律的影响。结果表明:增加颗粒循环通量或降低颗粒密度均可显著提高床层固含率平均水平,并强化颗粒对浓相环形区峰值的影响;颗粒粒径对固含率影响较弱,主要影响浓相环形区出峰位置;颗粒循环通量显著影响着反应器内轴向压力的变化幅度。通过考察气固轴向速度分布发现,减小颗粒密度和粒径可降低气固间滑移速度,有效提高颗粒的跟随性。与传统圆柱形下行床相比,锥形下行床可显著提高床层平均固含率,适合于褐煤热解等以颗粒相作为反应物的快速反应。