颗粒堆积床内两相流动阻力及相间摩擦力

为了探究颗粒堆积多孔介质通道内两相流动阻力特性,使用不同尺寸的球形颗粒构建实验床,在碎片床冷却性实验装置(DEBECO)上进行了气-水两相流动实验.基于实验数据,对比验证了多孔介质内两相流动阻力压降预测模型,重点分析了颗粒床内气液两相相间摩擦力对阻力压降的影响.结果表明:对小尺寸(如d=1.5mm)颗粒堆积床,气液两相相间摩擦力对其两相流动阻力压降影响微弱,两相流动阻力压降随气速增大呈逐渐上升的趋势;对大尺寸(如d=6mm)颗粒堆积床,在低速下气液两相相间摩擦力对阻力压降影响显著,随气速增大,其阻力压降出现先下降后上升的趋势.     

两种类型内构件对矩形错流移动床贴壁的影响

在矩形错流移动床内考察了两种类型的内构件——整流子及多孔隔板对移动床内颗粒贴壁的影响。实验表明:与无内构件的移动床相比,在床层内设置整流子降低了颗粒贴壁的临界压降,整流子放置的横向位置距上流面越远其值越低,而整流子的型式和叶片长度对此几乎无影响;在移动床中设置多孔隔板则可提高颗粒贴壁临界压降值,多孔隔板距上流面越远其值越高。利用散料力学建立了计算贴壁临界压降的数学模型,对设置内构件的移动床,可将床层简化为由内构件位置决定的两个流道,以近下流面的流道宽度计算这一临界值,计算结果与实验值吻合。     

小颗粒滴流床反应器中液相轴向返混的研究

对三种形状六种尺寸的小颗粒填料,在滴流床中气液两相并流向下流动时液相的轴向返混程度作了研究。实验表明:随着液速的增加,填料颗粒的毕克力Pe_L值增大,返混程度降低;填料颗粒的球形度越小,Pe_L值就越小,返混程度就越大;填料颗粒的尺寸对返混也有影响,尤其是对非球形颗粒,尺寸越大,则Pe_L值越大。当气液两相流速不断增大时,床层中的流动状态从滴流区转变为脉动区,则液体性质对Pe_L值的影响也不同。给出了两个流区的Pe_L关联式。     

分层结构颗粒堆积床内的流动阻力特性

为了研究反应堆严重事故后分层结构碎片床的流动阻力特性,使用4种尺寸球形颗粒构建了3种颗粒堆积床,分别是颗粒均匀堆积床、水平分层颗粒堆积床和竖直分层颗粒堆积床。基于3种颗粒堆积床,开展了单相/两相流动实验,对比分析了不同堆积结构颗粒床内的流动阻力特性。研究结果表明:对水平分层结构,当下层为小颗粒、上层为大颗粒时,分层结构对流动阻力压降的影响可以忽略,堆积床上下层内的流动阻力压降和相同尺寸的颗粒均匀堆积床内的流动阻力压降基本相同;当下层为大颗粒、上层为小颗粒时,分层结构显著提高了上层小颗粒堆积床内的流动阻力压降,在最大实验流速工况下,上层小颗粒堆积床的流动阻力压降约是相同尺寸颗粒均匀堆积床的1.25倍,而下层大颗粒床内的阻力压降基本不变。竖直分层颗粒堆积床内存在横向流动,导致小颗粒堆积层内流动阻力压降降低而大颗粒层的流动阻力压降升高。研究结果对完善多孔介质结构内的流动阻力分析具有重要意义。     

不同堆积结构颗粒床内的流动特性研究

为了研究不同堆积结构颗粒床内的流动特性,使用两种尺寸球形颗粒构建了均匀混合堆积结构和分层堆积结构床,在碎片床冷却性实验装置(DEBECO,DEbris BEd COolability)上进行了单相和两相流动实验。基于实验结果,对比分析了两种堆积结构的流动阻力压降,进一步验证了流动阻力模型。实验结果表明:对于不同尺寸颗粒均匀混合的堆积颗粒床,其有效直径在低速(Rep7)条件下更接近面积平均直径;随着速度(Rep7)升高,其有效直径更接近长度平均直径。当气液两相同向向上流过均匀堆积结构颗粒床时,实验测量的两相压降总体上与Reed模型预测值较为接近;与均匀堆积结构床相比,相同颗粒分层堆积结构床内的两相流动阻力压降较低。该实验研究结果对完善多孔介质结构内流动阻力分析具有重要的学术意义。     

结构化反应器床层中两相流动特性实验研究

以空气-水为介质,分别以喷嘴和填充直径1mm玻璃珠的30cm高的床层为分布器,在表观液速为0.0522～0.1306m/s,表观气速为0.0739～0.5171m/s,气液并流向下的操作条件下,测定了0.1m直径塔中,孔径分别为1.1和2.1mm的2种结构化催化剂床层中的总压降和液含率等流动参数。结果表明,床层总压降随着表观气速、表观液速的增大均增大。液含率随着表观气速的增大而减少,随着表观液速的增大而增大。通过对2种分布器的比较可以发现,相同条件下,以喷嘴为分布器的床层总压降和液含率比以玻璃珠为分布器的床层总压降和液含率小。比较2种床层可知,相同条件下,结构化催化剂的孔径越小,其床层总压降与液含率越大。此外,建立了能较好预测两相摩擦因子以及液含率的经验关联式,偏差在±15%以内。     

氧热法电石生产复合床反应器预热区的设计计算

针对氧热法电石生产工艺中复合床反应器预热区高温CO和原料层进行热交换的体系,建立了计及原料颗粒内热阻的移动床气固两相换热模型。重点考察了反应器预热区气固两相温度的分布,计算了不同原料粒径和不同预热区直径条件下,达到反应器换热要求所需要的换热高度,并得到了气固两相温度分布的解析解。结果表明:(1)颗粒粒径较大时(ε的值小于3.3),颗粒内热阻成为气固两相换热过程的控制步骤,综合考虑床层透气性和床层压降等制约条件,在可选范围之内应优先选用直径为1 cm的原料;(2)移动床气固换热过程主要受控于ε、β和γ这3个无因次参量,并且主要受控于ε;(3)气固两相温度分布的解析解,能为此类颗粒移动床换热过程提供初步设计依据。     

微膨胀床反应器压降及轴向扩散特性研究

以多孔的球、齿球和三叶草形催化剂为填充颗粒,考察了微膨胀床反应器的床层压降及液相总的和局部的轴向扩散特性。结果表明,3种催化剂床层压降都随表观液速的增大而增大,随表观气速的增大而减小;球形催化剂的床层压降最大,三叶草形催化剂的床层压降最小。通过示踪-响应法测定示踪剂在微膨胀床反应器中的停留时间分布,求取了床层总的和局部的彼克列数Pe。结果表明,3种催化剂总的彼克列数都随表观液速的增大而增大,随表观气速的增大而减小;局部的彼克列数随着催化剂床层轴向高度的增加而减小。3种催化剂床层的总的彼克列数大小依次为:球形最大,齿球形次之,三叶草形最小。     

氧热法电石生产复合床反应器预热区的设计计算

针对氧热法电石生产工艺中复合床反应器预热区高温CO和原料层进行热交换的体系,建立了计及原料颗粒内热阻的移动床气固两相换热模型。重点考察了反应器预热区气固两相温度的分布,计算了不同原料粒径和不同预热区直径条件下,达到反应器换热要求所需要的换热高度,并得到了气固两相温度分布的解析解。结果表明：（1）颗粒粒径较大时（ε的值小于33）,颗粒内热阻成为气固两相换热过程的控制步骤,综合考虑床层透气性和床层压降等制约条件,在可选范围之内应优先选用直径为1cm的原料;（2）移动床气固换热过程主要受控于ε、β和γ这3个无因次参量,并且主要受控于ε;（3）气固两相温度分布的解析解,能为此类颗粒移动床换热过程提供初步设计依据。     

烧结矿余热回收竖罐内流动阻力特性

基于量纲分析方法,实验研究不同烧结矿颗粒直径填充床内的流动阻力特性。研究结果表明:当颗粒直径一定时,床层内单位料层高压降随颗粒表观流速的增大呈非线性关系增大。当颗粒表观流速一定时,直径较小的颗粒床层内由于颗粒比表面积较大导致流动阻力损失也较大。颗粒雷诺数Re_p较低时,床层内颗粒摩擦因子f_p随Re_p的增加而迅速减小;Re_p较高时,随Re_p的增加,f_p下降趋势较为平缓,并最终不发生变化。由于计算误差较大,现有的预测关联式不适用于求解烧结矿颗粒床层内的流动阻力损失。通过实验数据拟合得出了能够描述烧结矿颗粒床层内流动阻力特性的实验关联式,平均计算相对误差为7.93%,显示了良好的预测性能。