加压循环流化床气固流动特性实验研究Ⅱ:气固滑移特性

针对加压煤燃烧、气化和化学链燃烧的发展需求,建立了一种上升管内径为0.068 m、高5.2m的加压循环流化床冷态实验装置,研究了不同操作压力(0.1 ～0.5 MPa)下,平均粒径为137 μm、密度为2 490 kg/m3的Geldart B类颗粒的气固滑移特性.实验结果表明,在固体通量和状态表观气速一定的情况下,随操作压力的增加,上升管内颗粒的表观滑移速度和表观滑移因子逐渐减小,但并未对上升管内的气固滑移特性造成本质影响.与常压情况类似,加压下表观滑移速度、状态表观气速和表观颗粒体积分数之间存在显著的相关性.无量纲滑移速度随表观颗粒体积分数的增加呈幂函数型增加,表观滑移因子随无量纲滑移速度的增加呈指数型增加.     

循环流化床锅炉气固两相流动特性的试验研究

对影响循环流化床气固两相流动特性的因素进行了试验研究。结果表明,在循环流化床内存在着两个界限很明显的区域:下部的密相区和上部的快速区;在快速区内部分颗粒均匀地悬浮在上升气流中,另一部分形成颗粒团,它在循环流化床内作剧烈的上下运动,使床内颗粒浓度分布比较均匀;循环流化床内,床层密度在底部较大,风速增加,床层密度下降。     

六旋风分离器循环流化床内气固流动特性数值模拟

以六旋风分离器循环流化床为研究对象,基于计算颗粒流体力学方法,建立全循环数值模型;在通过模拟与实验对比确定最优曳力模型的基础上,探究物料量、入口气速对炉膛内气固流动特性及出口物料分配均匀性的影响,得到不同物料量、入口气速时炉膛颗粒速度、体积分数、质量流率与循环流率分布。结果表明：当炉膛内物料稳定运行时,颗粒体积分数沿轴向呈下大上小的S型分布,沿径向呈中间小两边壁面处大的U型分布;炉膛6个出口存在明显气固流动不均匀现象,炉膛左、右两侧对应出口截面颗粒水平速度、体积分数及旋风分离器入口段颗粒水平质量流率、循环流率相差不大,呈现对称分布,在同侧3个回路间呈现中间回路的小两角回路的大的分布规律,并且中间回路出口的明显小于两角回路出口的,气固流动不均匀性主要发生在同侧3个回路出口端。     

气液固流化床气泡特性及气含率预测模型

气含率及气泡直径会直接影响流化床内的反应进程及传质效率,为更好地认识局部流动结构,径向气含率及气泡直径分布成为重点研究内容,特别是径向气含率预测模型的建立具有重要意义．已有平均气含率预测模型都有各自的适用范围,对不同实验体系的应用会表现出局限性．针对以上问题,本文结合电导探针测量法与流体仿真技术,以直径为100 mm和高度为1.5 m的气液固流化床为研究对象,系统地研究了在气相表观速度为0.014～0.283 m/s、液相表观速度为0.007～0.028 m/s、液相黏度为1～40 mPa·s、液相表面张力为0.053～0.072 N/m及固相体积分数为0～30%条件下径向气含率及气泡直径分布特征．结合本实验系统及相关研究数据,提出一种适用于气液固系统的平均气含率预测模型．基于此预测模型,进一步考虑气相表观速度及表面张力对径向气含率分布的影响,采用粒子群优化算法建立气液两相体系的径向气含率预测模型．结果表明：两相及三相体系平均气含率预测模型充分考虑了气液相表观速度、液相物性、固相物性及管径对平均气含率的影响,相比现有经典平均气含率预测模型,拓宽了适用范围并提高预测精度,其平均绝对百分比...     

汽-液-固三相循环流化床蒸发器的可视化分析

在热模条件下,采用电荷耦合器件图像测量和处理系统,对汽-液-固三相循环流化床蒸发器内固体颗粒的运动、分布及相应的传热特性,进行了可视化研究．热通量的变化范围为3150～5 825 w·m~(-2),固体颗粒含率的变化范围为O％～2％．研究中定性地分析了由启动到正常运行的不同阶段,汽-液-固三相循环流化床蒸发器内的流动和传热特性．结果表明,汽-液-固三相循环流化床蒸发器的启动阶段是一个非稳态过程;在汽-液-固三相循环流化床蒸发器的稳态操作过程中,加热管可分为液-固两相段和汽-液-固三相段;固体颗粒的加入,增加了沸腾段的高度,并且对产生的汽泡有破碎作用;加热管中固体颗粒平均轴向运动速度低于循环管,而固含率高于循环管．     

气液两相循环流化床停留时间分布的研究

通过脉冲示踪法,研究气液两相循环流化床停留时间分布,并从整个循环体系的停留时间分布曲线中,分离出提升管的停留时间,建立了数学模型,并进行模拟.     

变径流化床反应器内的气固流动特性数值模拟

采用计算颗粒流体力学(CPFD)的数值模拟方法,对直径为160 mm、高度为273 3 mm的变径流化床反应器内的气固流动特性进行冷态模拟,研究不同气速及不同初始物料量对流化床反应器气固流动特性的影响,得到流化床内颗粒体积分数、颗粒速度以及颗粒停留时间的分布。结果表明,当气速不小于2.5 m/s时,流化床内颗粒体积分数轴向分布更为均匀,颗粒速度呈中间高、两边低的倒"U"形分布;壁面附近的颗粒停留时间长于中心处,使得壁面附近的颗粒趋于聚集;流化床的轴径向颗粒体积分数随着初始物料量的增加而增大。     

液-液循环流化床传热与制冰特性数值模拟

提出一种新型的液-液循环流化床动态制取流体冰方法,该方法采用水在另一种非相溶载冷液体中雾化形成细小水滴,水滴的运动主要受载冷液体的携带作用,水滴在循环流化床内流动过程中两相直接接触换热,水滴冻结实现制取颗粒流体冰目的.针对水雾化成水滴后循环流化床内水滴、载冷液体、冰颗粒所构成的三相系统,基于欧拉-拉格朗日方法,建立了颗粒轨道模型,模型考虑了相间能量、动量耦合.根据所建立的模型,对循环流化床内的多相流动与传热过程展开研究,获得了循环流化床运行参数对制冰过程的传热量和制冰量的影响规律,所得结果为定量预测液-液循环流化床传热与制冰性能及运行参数的合理选取提供了理论依据.     

汽-液-固循环流化床蒸发器浓缩大黄浸提液研究

讨论了三相循环流化床蒸发器浓缩中药大黄浸提液时的传热及防、除垢性能，给出了三相流流动沸腾传热系数准数经验关联式。同时对三相流的流动性能进行了研究。研究结果表明：汽-液-固三相循环流化床蒸发器在中药浸提液浓缩中具有一定的应用前景。     

液固流化床颗粒速度场和固含率的数值模拟

基于三维N-S方程同时选用标准 湍流模型,采用通用流场分析软件fluent对液－固循环流化床的颗粒速度场和固含率的轴向分布情况进行了数值研究。结果表明流场的数值计算结果与文献中的试验值吻合较好,对进一步研究具有指导意义和实用价值。     

液体填塞流的持液率与压力降研究

以不同粘度的流体为液相，在垂直管中研究了液体填塞流（包括弹状流，块状流和泛出流）的持液率和压力降，研究结果表明，对于不同粘度的液体，填塞流的持液率都随无量纲气流体积通量的增大呈对数规律减小，总压力降随气流体积通量也近似呈对数规律变化，研究同时发现，液体填塞流的摩擦阻力压力降为负值且存在极值点，摩擦阻力压力降在总压力降中所占的百分比与气流体积通量的关系存在拐点，拐点处在应于弹状流向块状流的流型转变。     

液相物性对气液两相管流流型和压降影响的研究

通过实验研究了不同液相介质(水相和油相)对气液两相管流中流型和压降的影响.实验管线为内径50mm的透明有机玻璃管,管线从入口到分离器长约35m,实验管段由一个高3.3m、宽0.72m的垂直倒U型管和一个长3m的水平管组成.实验结果表明对于较低液相粘度的气液两相流动,液相物性对水平管中塞状流向弹状流的转化以及倒U型管中下降管内的环状液膜流动向间歇流动的转化有一定的影响,但对水平管中分层波状流动向间歇流动的转化以及倒U型管中上升管内的流型转化影响很小.通过分析压降数据得出,对于倒U型管中的上升段,液相流动状态对于压降起着主导作用,但在下降管内液相和气相的流动状态都对压降有重要影响.     

真空吸力作用流体的流型及压降试验研究

设计了一套室内研究真空吸力作用下流体流型及压降规律的实验装置,通过实验,提出真空吸力在不同条件下管内流体存在单相水流、单相气流和气水两相流三种流型;贮水瓶内水位单相水流时上升、单相气流不变、气液两相流下降或不变;真空吸力作用下管内流体的真空度沿流动方向变化,垂直上升流体不同流型压降梯度不等;真空预压地基负压作用流体的流型为气液两相流、地下水位下降符合工程实际,真空预压地基内没有负的超孔隙水压力,该实验装置可清楚地看到管内流体的流型及运动特征．实验装置简单．可为研究真空预压地基内流体运动规律提供室内实验条件。     

文丘里洗涤器压力损失计算模型

准确预测文丘里洗涤器的压力损失并加以合理利用,是设备优化设计和节能的关键．由实验可知,文丘里洗涤器的扩散段可回收相当大一部分能量,不能简单地认为它与摩擦压力损失可互相抵消．通过理论分析,在考虑气体摩擦压力损失和扩散段液滴减速压力回收的基础上,推导出了1个简单、准确的文丘里洗涤器压力损失模型．该模型的理论预测值和实验值一致,并在实验基础上将该模型和修正的Calvert模型及Yung模型进行了对比．     

切向反转流旋风器阻力计算模型

根据切向反转流旋风器的结构特性和流场特性，分析了该种旋风器的阻力构成并给出了相应的计算模型。与常用的旋风器阻力计算模型对比表明，该模型与试验结果的误差较小，具有较好的吻合性。     

空气-水鼓泡流动的阻力与蒸发传热特性

实验研究了一种新的适用于蒸发冷却过程的鼓泡装置的阻力与传热特性.实验中将换热盘管浸没于空气-水的鼓泡层中,空气-水两相流通过盘管的表面.这种换热方式可以极大的提高换热管与空气之间的换热系数,降低水泵功率的消耗,而且对气流速度的要求低于空冷式冷凝器.文中给出了空气穿过空气-水鼓泡层的压降以及盘管与冷却水之间换热的实验数据,该结果显示影响压降及换热系数的因素包括多孔板的几何尺寸,鼓泡层的高度,空塔速度及热流密度.换热盘管与冷却水之间的换热系数比管外降膜冷却的换热系数大2倍多.     

水平圆管内油气水三相流摩擦阻力特性的实验研究

给出了水平放置的圆管内气水、油气两相流及油气水三相流动摩擦阻力夺降特性的实验结果。应用理论研究中推导出的各种流型下的摩擦坟降关联式进行了计算,并与实验数据进行了比较,提示了摩擦阻力压降随折算气速、折算液速、油水混合液中的含水率以及管子直径的变化规律。     

黏度对垂直管气液两相流压降的影响

压降是气液两相流研究中的重要参数,而黏度对气液两相流压降有显著影响,因此有必要对不同黏度下压降规律进行研究。采用多相流试验平台测试系统,在内径60 mm,实验段长8 m的垂直管中开展油气两相流实验研究。表观液速0. 08～0. 20 m/s,表观气速1～19 m/s,气相为空气,液相为白油,黏度分别为25、50、70、150、200 m Pa·s,研究黏度对压降以及Beggs-Brill、Mukherjee-Brill和Hasan-Kabir三种压降模型计算准确性的影响。结果显示:压降模型的计算精度绝大部分会随黏度的增加而降低,其中Beggs-Brill模型在不同黏度下准确度较其他两种更为稳定,但黏度在200 m Pa·s时绝对误差高达42. 67%;黏度对于总压降影响明显,而对位差压降的影响较小;实验中观察到负摩阻压降现象,发现表观气液速度越小,黏度对负摩阻压降影响越大。     

油气两相流流过弯管的局部阻力特性研究

以油气、气水为工质，对进口水平、出口垂直向上的９０弯管内气液两相流局部阻力特性进行了实验研究．弯管内径４５ｍｍ、弯曲半径为３００ｍｍ．根据实验结果，总结出了气水、油气两相流体流过弯管时的局部阻力变化规律，并与前人的结果进行了比较．重新提出了统一的弯管局部阻力计算公式，计算值和实验值符合良好．     

挤压流型气力输送的阻力特性

结合挤压流型气力输送的实验研究,提出了一个简化模型,并用量纲分析和实验相结合的方法,导出了与实验结果较一致的压降数学表达式．