二维锥形流化床水平射流条件下流体力学特性研究

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1、二维锥形流化床水平射流条件下流体力学特性研究化学工程专业研究生：指导老师：摘要由于锥形流化床轴向速度梯度的存在，相比于一般柱状流化床其操作范围更广。但由于锥形流化床底部两侧存在“死区”，限制了其工业化应用。然而若釆用低端两侧水平射流进气条件，不但可以减小死区的范围，而且可以利用这种撞击流，强化传热传质，增加气固接触率。因此，对于锥形流化床水平射流条件下的流化特性研究非常有必要，具有良好的应用前景。为了更直观的观察气、固两相的流动情况，本课题在一个160X340(20)X30mm(高X宽X厚)，锥角为60°的二维锥形流化床中系统地研究了两侧水平射流条件对三种不同粒径颗粒

2、流化特性的影响及颗粒粒径、填料体积对最小流化速度的影响。并在此基础上，讨论了双组分颗粒体系的流化特性和双组分颗粒混合与分级特性及其影响因素。最后，讨论了二次风对颗粒混合的影响，并就实验中观察到的摆动效应进行研究。就二维锥形流化床临界流化曲线结果表明，压降随着流量增大而迅速升高，到达一个最大值后略有下降。另一方面通过实验观察，提出“沸腾核心”假设，并推导出颗粒达到起始流化状态时，流速沿床层高度的变化规律。在假设的基础上，根据厄贡方程推导得出最大压降的计算式，计算结果表明计算值略大于实验值。另外，实验中还发现二维锥形流化床的最小流化速度随颗粒粒径增大而增大，随填料体积的增

3、大也略有增大。对双组份颗粒体系的研究发现，小颗粒的加入对于大颗粒的流化起到了明显的改善作用，并且随着小颗粒的增加，这种效果愈加明显。随着双组份颗粒体系中大颗粒比例的增加，其混合物的最小流化速度也随之增大。Chueng关联式可较好的预测水平射流条件下双组份颗粒体系的最小流化速度。并且发现，水平射流相比于其他进气条件，其混合度明显较大。实验还就双组分颗粒体系发生分级和逆转分级现象的条件进行了探讨和研究。对于二次风的观察结果表明，二次风的加入对上升气流产生了明显的切断效果，颗粒上升高度明显降低，颗粒向两侧的冲刷加剧，各组分气体流动、扩散及其与固体颗粒间的传质过程也会加快。同

4、时二次风通入流化床内与一次风主流发生强烈碰撞，射流向上偏移；在二次风碰撞区域产生气幕,压缩下部的一次风气流向两侧流动，阻挡了上行颗粒，同时对于两侧边壁下行流产生向上冲刷的作用O最后，对于物料在一定的条件下出现摆动现象的研究表明，这是由床层径向压力产生波动，气泡在上升过程中偏离了中心轴线，导致料层表面发生倾斜所致。同时随着填料高度的增大，摆动幅度也越大。这种摆动效应能使床层逐渐均匀。关键词：锥形流化床；水平射流；双组分颗粒体系；流化特性；混合与分级；二次风；摆动效应StudyonFluidizationCharacteristicsofHorizontalJetofTw

5、o-DimensionalConicalFluidizedBedMajor:ChemicalengineeringGraduateStudent:ZhuXiaolongSupervisor:Prof.LiuDaijunAbstractTheconicalfluidizedbedhasawideroperatingrangeduetoaxialvelocitygradient,comparedwithnormalcylinderfluidizedbed.However,thedeadzonelocatedatthebottomsidesofconicalfluidize

6、dbedlimitsitsindustrializedapplication.Iftheconditionofhorizontaljetatlowleveloftwosidesisused,deadzonecannotonlybereduced,butalsotheimpingingstreamcancontributetotheincreaseofheattransferandgas-solidcontacting.Therefore,theresearchonhorizontaljetcharacteristicofconicalfluidizedbedisver

7、ynecessary,andithasgoodapplicationprospect・Inordertoobservethegas-solidflowsdirectly,theinfluenceofthreedifferentsizeparticlesandfillingvolumeontheminimumfluidizationvelocitywasinvestigatedbyusingatwo-dimensionalconicalfluidizedbedwithsizeof160X300(20)X30mm(heightXwidthXthickne