大颗粒流化床传热数值模拟与气固传热模型比较

采用欧拉-欧拉模型对GeldartD类颗粒气固流化床的非定常传热过程进行了模拟,比较了包括Gunn模型在内的6种不同的气固传热系数模型.通过模拟二维流化床发现,基于6种气固传热模型得出的平均壁面传热系数与文献的实验关联式相差不大,但是6种模型给出的局部气固传热系数呈现较大的差别,其原因在于不同模型中的两个主要影响参数颗粒雷诺数和床层空隙率的贡献不同.比较了6种气固传热模型之后,采用Gunn模型对D类颗粒的流化床进行了模拟和分析,结果表明:尽管存在较大的气泡和一定程度的腾涌,D类颗粒流化床可以实现稳定的流化.从流化床内的温度分布的演化来看,D类颗粒流化床的传热均匀性不存在问题,较大的颗粒直径和较大的气泡并未造成传热问题.     

循环流化床中颗粒团浓度沿轴向的分布

循环流化床中存在分散固体颗粒的连续上升气相和相对紧密的颗粒团两部分．颗粒团聚物对气固两相流动、传热和反应等行为有重要影响．通过拟Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ动力学理论研究循环流化床中聚团流动的颗粒数份额沿轴向床高的分布,分析和讨论了气体表观流速、固体循环率等对聚团流动的颗粒数份额沿轴向分布的影响．所得结果可为深入研究循环流化床内气固传热传质和反应模型提供理论基础．     

粗湿颗粒循环床传热的研究

本文对粗湿颗粒在循环流化床中干燥过程的传热传质规律作了实验研究。在不同的表现流速、固体循环率、初始湿含量和颗粒粒径下，沿床高测量了气固相的局部温度，分析和讨论了各种流化参数对传热传质的影响，对粗湿颗粒（Ｇｅｌｄａｒｔ’Ｂ类）循环床提出了一些观点，由此建立的无因次准则方程与实验值吻合较好。     

双室流化换热器传热分析

介绍了一种用于腐蚀性乏气余热回收的新型无管束磨损的间热式换热器——双室流化换热器．类比壳管式换热器传热分析,对其传热特性进行了理论研究．研究表明,换热器总热阻由两流化床气固换热热阻和颗粒循环流动传热热阻串联而成;颗粒流量在一定范围内可控制其传热过程;加大气流速度,增加床层横截面积,选用大颗粒及加大颗粒流量等均可强化其传热．为后期研究其传热特性及工业应用提供了理论依据．     

并流下行循环流化床反应器的气固传热模型

提出了并流下行循环流化床反应器气－固传热模型,并采用稳态传热的实验方法,测定了并流下行循环流化床反应器中,不同操作条件下,轴向颗粒温度分布及气,固相进,出反应器的温度,进而利用Matlab工程数据处理软件回归求得模型参数即气－固轴向截面传热系统及表观传热和的值,并由实验结果回归得到模型参数与操作条件的经验关联式。     

载体特性对催化裂化催化剂性能的影响

研究了制备流化催化裂化(FCC)催化剂常用载体的孔结构、酸性特点和反应性能,结果表明胶溶双铝载体和高岭土原位晶化载体具有适合制备重油FCC催化剂的条件.将胶溶双铝载体和高岭土原位晶化载体分别制备成FCC催化剂,采用固定流化床反应器对其反应性能进行了评价,表明采用原位晶化载体制备的FCC催化剂具有更好的重油转化能力.     

CuO/Al2O3作为载氧剂的流化床化学链燃烧数值模拟

以欧拉-欧拉双流体模型和气固非均相化学反应动力学为基础,嵌入了气固化学反应速率方程和反应内热源项的UDF(自定义函数)程序,对化学链燃烧燃料反应器——鼓泡流化床内气固两相流动及化学反应过程进行了数值模拟,并分析了甲烷进气速度对床内气固两相流动、传热及化学反应速率的影响.结果表明:随着甲烷进气速度增加,床内气固混合更加剧烈,气泡的产生、碰撞和破碎使得气固分布不均,流化质量下降,导致反应器内化学反应速率以及温度分布不均,床内局部存在的高温区域将使颗粒温度过高而烧结,降低了甲烷燃烧效率.     

催化裂化催化剂机械强度与磨损行为

通过纳米压痕和显微硬度等测试方法,基于纳米和微米两种尺度,分析研究了两种流化催化裂化(FCC)催化剂的机械强度,并在实验室采用喷杯式流化磨损方法,考察了两种抗磨损性能差异较大的FCC催化剂的磨损规律.从压痕力学测试、微观形貌分析、磨损率评价和颗粒粒度分布等方面研究了两种FCC催化剂在气态流化床中的磨损机制,了解颗粒自身性质对其磨损行为的影响作用.结果表明,催化剂磨损的发展过程符合Gwyn磨损动力学方程,两种催化剂颗粒磨损规律的差别可由Gwyn方程的各参数来描述.     

气固催化反应流动的CFD-DEM模拟研究

针对复杂气固催化反应流动系统,提出一种新的气固催化反应流动的模型框架,即CFD-DEM反应流模型框架,计算流体力学（CFD）方程用于描述气相的流动和传递行为,离散单元法（DEM）用于描述颗粒相的运动。结合石油催化裂化（FCC）过程,考虑颗粒间传热和气固相间传热模型、催化剂颗粒瞬态失活模型以及FCC过程的4集总动力学模型,建立完整的CFD-DEM反应流模型。应用所建模型模拟在不同剂油比操作下高2m,宽0.05m的二维提升管和下行式反应器内的FCC过程。由于能实时追踪各个催化剂颗粒的运动、传热和化学反应行为,模拟结果直接揭示了不同的流动结构和颗粒返混行为对反应器性能（如汽油、焦炭等产物的选择性）的影响。此外,方法论本身可推广至FCC过程以外的气固相催化或非催化过程的精细描述。     

用于钙循环CO2捕集的串行流化床气固流动特性实验与模拟研究

为进一步开发适用于钙循环捕集CO2过程的双流化床反应器,采用实验测试和数值模拟方法对新搭建串行流化床的气固流动特性进行研究.首先通过冷态实验对床层压降以及颗粒循环速率等气固流动特性进行测量,然后,使用Fluent软件对床内的气固流动过程进行CFD数值模拟.研究结果表明:煅烧反应器入口风速、上下流动密封阀入口风速、床料量...     

操作参数对催化裂解旋流反应器流动梯度场的影响

为揭示旋流反应器内生物质热解气与催化剂的混合流动状态,加速生物质热解气的催化裂解,利用本实验室自制的生物质催化裂解旋流反应器,采用k-ε模型与Eulerian双流体模型进行模拟分析,研究了入口气速和催化剂粒径对反应器内的固相体积分数、压力、速度的影响规律,并进行了实验验证。结果表明:速度变量下,轴向气相速度的改变对于反应器内的体积分数分布影响较小,而切向气相速度的影响较大。接触主反应区内,催化剂粒径为10μm左右时,混合程度最优;在反应分离耦合区内,颗粒粒径改变对分离效果无显著影响。4种催化剂粒径工况下,粒径10μm状态更有利于气固两相的分离;入口速度改变时,较大的切向入口速度可导致气体流量增大,有利于反应器内的气固流动,提升气固分离效果。     

基于颗粒尺度DEM直接数值模拟的喷动流化床颗粒运动特性

采用离散元方法,对喷动流化床内的气固流动进行了三维直接数值模拟.气相场采用欧拉方法,固相场采用拉格朗日方法;对每一个颗粒考虑了碰撞力、携带力和重力;颗粒碰撞采用软球模型;气固耦合采用双向耦合.模拟中跟踪了每个颗粒的运动,获得了颗粒轴向速度、平均速度、颗粒浓度和颗粒平均碰撞频率随操作参数的变化规律.结果表明喷动气速度、流化气速度、颗粒平均速度、颗粒浓度和颗粒平均碰撞频率存在关联性:喷动气速度增加,颗粒在喷射区和环形密相区的平均速度增加,浓度减小,平均碰撞频率减小;流化气速度增加,颗粒速度、浓度和碰撞频率与喷动气速度增加具有相同的变化规律,但环形密相区的变化更为明显.     

不同颗粒粒径灰渣中磷和硫的分布

为了解循环流化床运行时不同颗粒粒径灰渣的固硫固磷效果,从20 t/h循环流化床锅炉排渣口和循环放灰口分别采集炉内灰渣。对不同颗粒粒径灰渣进行XRF,XRD,SEM和EDS元素分析及物相表征。研究结果表明:循环流化床内,随颗粒粒径的减小,单位质量CaO对SO2的固定量逐渐增加。颗粒较大的CaO颗粒,流化程度低,长时间处于高温缺氧的密相床层区,导致CaO对SO2固定量的降低。颗粒较小的CaO颗粒,固硫反应的活化能较低,因此,单位质量CaO的固硫量较大,但受除尘器除尘效率的影响,其在炉内煤灰中的质量比例较低,固硫总量有限。CaO对P2O5的固定量同颗粒尺度无关,温度越高,二者接触越充分,CaO的固磷量越大。     

模拟气固流化系统的数值方法

针对气固两相流动的基本特征,采用流体连续、颗粒离散的处理方法,把受流体作用的颗粒运动过程分解为受颗粒冲力支配的碰撞运动及受流体曳力控制的悬浮运动,从而建立了模拟气固流化系统的数值方法．该方法能够真实地模拟气固流化床中的基本流动结构 鼓泡形成、多气泡行为、节涌现象及团聚物的动态变化．研究结果表明：与模拟气固流化系统已有的数值方法相比,本文的数值方法具有模拟真实、通用性强的优点．     

纳米TiO2的流化床渗氮反应

研究了气固流化床中TiO2渗氮反应的工艺条件。通过小型冷模实验比较了不同气速下包裹型纳米TiO2床层的流化状态和膨胀情况,依据流化情况选择了操作空速;通过热模实验在不同反应温度、反应时间、反应气体等工艺条件下进行了渗氮反应,测试了产品TiO2-xNa对SO2的气相降解率,并进行了XRD,UV-Vis分析,据此得到较佳的反应温度为400℃、而反应时间与气体组成对反应的影响不大,并根据XPS结果推测了渗氮机理。     

大颗粒气固流化床的流化特性

通过冷态试验,对利用流化床煅烧水泥新技术中所涉及到的大颗粒气固流化床的相关特性进行了研究。研究结果表明:大颗粒气固流化床平稳地运行在鼓泡床阶段,但较易发生节涌现象,适合浅床操作,且操作流化数较低;对流化床压降脉动的分析可知,采用具有较宽粒度分布的大颗粒物料,有利于改善流化床的流化质量。     

工业聚乙烯流化床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,对工业级聚乙烯流化床内的气固流动特性进行了冷态模拟,并利用Matlab的图像处理功能将图像的像素点与模拟网格进行对应来计算流化床内的气泡大小。从流化床流动结构、颗粒、气泡3个角度,研究了不同气速、不同初始物料量对工业级聚乙烯流化床的气固流动特性的影响。结果表明：从颗粒的轴径向分布情况可以看出,工业流化床内部的边壁效应明显较弱,密相区整体呈现较为均匀的颗粒分布;气速对于流化床气固流动的影响较大,当气速为0.46 m/s时,流化床内密相区的颗粒分布最为均匀,整体的流动较好;初始床层高度主要影响流化后密相区的高度,对于床层膨胀率的影响较小。     

纳米TiO2添加FCC大颗粒的流化性能

通过添加较大粒径的催化裂化催化剂(FCC)颗粒来改善纳米TiO2的流化性能,测最床层压降和床层膨胀曲线,研究添加颗粒的添加量以及粒径对流化质量的影响,并用R-Z方程对流化后的体系散式化程度进行分析.研究结果表明:FCC颗粒的添加量达到30%后可以显著改善纳米TiO2的流化质量;当添加量增大到40%时,压降曲线更平滑,最小流化速度减小,床层膨胀比增大,散式化程度升高;FCC颗粒的粒径越小,流化效果越好;当粒径为109120 μm的FCC添加量为30%时,实现完全流化;当粒径为96～109μm的FCC添加量为20%,气速为11.04 mm/s时,床层基本实现完全流化,偶尔有少量沉积;而当粒径为75～80μm的FCC添加量为20%时,气速约为94.32mm/s即可以实现完全流化.     

双密度层流化床形成机理

对一种可用于三产品分选的双密度层流化床的形成机理进行了实验和理论研究，分析了流化床中的颗粒受力，论证了锥形段的强化分离功能．研究结果表明，特殊的床型设计强化了二元粒子的分离，适宜的流化气速可使各分选带内的床层密度相对均匀，二者结合可形成能满足选煤工艺要求的双密度层流化床．     

新型流化床外取热器的性能验证试验

针对目前工业流化床反应器普遍采用的传统外取热器设备复杂、长周期可靠性差、传热效率低等问题,提出一种基于热管、具有更高设备可靠性的新型流化床外取热器。为考察新型外取热器的传热和流化特性,设计并建造一套小型热态性能验证试验装置,研究热管启动特性、流化特性以及不同因素对热管密相传热系数的影响规律。结果表明：热管具有非常高的传热效率,这表现在新型外取热器测得的传热特性规律总体与前人报道的密相流化床对流传热特性变化规律总体一致,也具有相近的数值范围;试验范围内热管在催化裂化(FCC)颗粒流化床的最大密相传热系数可达620 W/(m²·K),高于所有文献报道中工业FCC外取热器的实测传热系数,充分验证热管作为新型外取热器传热元件的可行性;在影响传热系数的众多因素中,表观气速的影响最大,床高次之,床温最小。