方形氣固湍動(dòng)流化床中的動(dòng)力學(xué)行為研究-博士論

《方形氣固湍動(dòng)流化床中的動(dòng)力學(xué)行為研究-博士論》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。

1、博士學(xué)位論文題目方形氣固湍動(dòng)流化床中的動(dòng)力學(xué)行為研究作者曾濤完成日期2010年04月26日培養(yǎng)單位四川大學(xué)指導(dǎo)教師黃衛(wèi)星祝京旭(Canada)專業(yè)化工過(guò)程機(jī)械研究方向多相流過(guò)程與設(shè)備授予學(xué)位日期2010年6月HYDRODYNAMICBEHAVIORSINASQUAREGAS-SOLIDTURBULENTFLUIDIZEDBED方形氣固湍動(dòng)流化床中的動(dòng)力學(xué)行為研究(申請(qǐng)工學(xué)博士學(xué)位論文)作者：曾濤導(dǎo)師：黃衛(wèi)星祝京旭(China)(Canada)四川大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院2010年5月成都HydrodynamicBeh

2、aviorsinaSquareGas-SolidTurbulentFluidizedBedbyZengTaoADissertationSubmittedtoSichuanUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorinChemicalProcessMachinerySupervisors:Prof.HuangWeixing(SCU,China)Prof.ZhuJingxui(UWO,Canada)SichuanUnive

3、rsity,Chengdu,ChinaMay,2010摘要方形氣固湍動(dòng)流化床中的動(dòng)力學(xué)行為研究專業(yè)化工過(guò)程機(jī)械博士生曾濤導(dǎo)師黃衛(wèi)星教授，祝京旭教授湍動(dòng)流態(tài)化作為一種傳統(tǒng)的流態(tài)化，廣泛應(yīng)用于各種過(guò)程工業(yè)，特別是化工和冶金過(guò)程中。湍動(dòng)流態(tài)化因?qū)嶒?yàn)測(cè)試工作的不足或缺乏系統(tǒng)性導(dǎo)致的對(duì)某些基本問(wèn)題認(rèn)識(shí)的不一致性，還不能與湍動(dòng)床的工業(yè)應(yīng)用與放大設(shè)計(jì)相適應(yīng)。本文通過(guò)壓力梯度波動(dòng)偏差和光學(xué)纖維探針的測(cè)試，對(duì)方形流化床中的總體流動(dòng)結(jié)構(gòu)和局部流動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，為湍動(dòng)流態(tài)化流體力學(xué)的建模和設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。本文以在較寬的操作條件范圍

4、內(nèi)，采用孔板式分布器，對(duì)FCC顆粒，在靜床高度在0.9m和1.2m的368×368mm的方形流化床實(shí)驗(yàn)裝置上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，詳細(xì)分析了壓力梯度波動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)偏差、局部顆粒濃度和局部顆粒速度的分布。從總體流動(dòng)結(jié)構(gòu)和局部流動(dòng)結(jié)構(gòu)出發(fā)，揭示了流體從鼓泡流態(tài)化到湍動(dòng)流態(tài)化的轉(zhuǎn)變。結(jié)果表明壓力梯度波動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)偏差隨表觀氣速變化表現(xiàn)出明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，但不同床層截面轉(zhuǎn)折點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)變速度不同，總是在床層的上表面首先發(fā)生；在同一水平面，總是在床層中心首先發(fā)生。說(shuō)明流化床內(nèi)流型的轉(zhuǎn)變不僅在床層高度上，而且在水平方向都是一個(gè)漸變的過(guò)程；轉(zhuǎn)變

5、速度與床高呈線性增加關(guān)系。局部顆粒濃度和顆粒速度的測(cè)量結(jié)果顯示，隨著表觀氣速的增加，局部顆粒濃度和局部顆粒速度的變化均分三個(gè)階段，其中表觀氣速在0.7~0.9m/s左右時(shí)，顆粒濃度和顆粒速度都處于基本穩(wěn)定的階段。同時(shí)在床層中心顆粒濃度最低，邊壁顆粒濃度最大，而在床層中心顆粒速度最大，在邊壁顆粒速度最小。也說(shuō)明了床內(nèi)流型的轉(zhuǎn)變首先在中心發(fā)生。顆粒濃度概率分布曲線表明在不同的表觀氣速下都會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)峰值，分別代表了低濃度區(qū)域的鼓泡相和較高濃度區(qū)域的密相。表觀氣速在0.06m/s左右時(shí)，床層以密相床為主。隨著表觀氣速

6、的增加，鼓泡相區(qū)增大而密相區(qū)減少，兩波峰在中間區(qū)域（l/L=0.498~0.806）基本接近。當(dāng)表觀氣速超過(guò)轉(zhuǎn)變速度后，概率分布廣且變化連續(xù)，在鼓泡相和密相之間的界線變得模糊，說(shuō)明床內(nèi)原來(lái)的兩相流已被打破。同時(shí)沿邊壁的變化較中心平穩(wěn)，說(shuō)明表觀氣速對(duì)邊壁的影響較小。從鼓泡流態(tài)化到湍動(dòng)流態(tài)化的轉(zhuǎn)變過(guò)程中，通過(guò)局部顆粒濃度標(biāo)準(zhǔn)偏差，得到剛開(kāi)始進(jìn)入湍動(dòng)流態(tài)化的速度（U1）和完全進(jìn)入湍動(dòng)流態(tài)化時(shí)的速度（U2）。說(shuō)明整個(gè)轉(zhuǎn)變過(guò)程是一個(gè)逐步的發(fā)展過(guò)程，同時(shí)越靠近邊壁附近這個(gè)轉(zhuǎn)變過(guò)程持續(xù)的時(shí)間越長(zhǎng)；壓I四川大學(xué)博士學(xué)位論文力

7、梯度波動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)偏差是氣泡相行為，而顆粒濃度的變化反映了密相的轉(zhuǎn)變，同時(shí)轉(zhuǎn)變的時(shí)間較氣泡相更長(zhǎng)；只由壓力梯度波動(dòng)來(lái)確定從鼓泡流態(tài)化到湍動(dòng)流態(tài)化的轉(zhuǎn)變是不充分的。轉(zhuǎn)變速度不僅與床層高度有關(guān)還與水平方向位置有關(guān)。靜床高度對(duì)轉(zhuǎn)變速度、局部顆粒濃度和局部顆粒速度都有影響。隨著靜床高度增加，床層軸向各截面轉(zhuǎn)變速度Uc表現(xiàn)出同步增加。靜床高度越大，局部顆粒濃度和局部顆粒速度的分布越紊亂，同時(shí)在相同的表觀氣速下，相同位置靜床高度大的顆粒濃度更大，顆粒速度更低?，F(xiàn)有的轉(zhuǎn)變速度預(yù)測(cè)模型沒(méi)有考慮靜床高度的影響，其定量的研究值得進(jìn)一步

8、的探討。大量數(shù)據(jù)的分析表明，在圓形流化床和方形流化床中轉(zhuǎn)變速度的變化規(guī)律、顆粒濃度的概率分布規(guī)律相同；水平方向和軸向顆粒濃度、顆粒速度的變化趨勢(shì)也基本一致，均是在床層中心首先發(fā)生轉(zhuǎn)變。在相同的表觀氣速下，顆粒濃度和顆粒速度的變化值與流化床的橫截面積、形狀和靜床高度等因素有直接關(guān)系。在方形流化床中邊角效應(yīng)明顯，在邊壁顆粒濃度和顆粒速度變化都不大，在邊壁處沒(méi)有出現(xiàn)流型的轉(zhuǎn)變。這可能是在方形邊角形成了二次