方形气固流化床中局部颗粒速度实验研究

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1、第!"卷第"期四川理工学院学报!自然科学版"=',>!"?;'>"!#$%年$!月&'()*+,'-./01(+*2*/34)5/67'-.0/4*0489*:/*44)/*:!;+6()+,.0/4*049!#$%文章编号!!"#$%!&'(")*!$#*"%**'"%*&,-.!!*/$("(01/2334/!"#$%!&'(/)*!$/*"/*!*方形气固流化床中局部颗粒速度实验研究曾涛#刘少北#柳忠彬#林海波!过程装备与控制工程四川省高校重点实验室"四川自贡"Y%####99摘9要!对gVV颗粒在截面尺寸为%"FII的方形流化床中研

2、究了局部颗粒速度分布的基本行为%实验利用光纤探针测试了三个不同轴向高度的颗粒速度分布和静止床层高度对颗粒速度分布的影响%结果表明'截面局部颗粒速度随表观气速F的增大同步增加#颗粒速度沿截面分布不均匀%在截面中)心区#局部颗粒速度随F增加而增加#上行颗粒速度增加更为显著%在边壁区#低气速时上$下行局部)颗粒速度随F增加而增加且增幅相近&高气速下局部颗粒速度表现出显著的波动过程%静床高度增)加#对上行颗粒速度影响明显#但随着气速增加影响减弱%关键词!gVV颗粒&方形流化床&颗粒速度中图分类号!DB!!Y>$&DR#!$>$文献标志码!P&KA"'很大$许多研究者通过

3、对颗粒(空穴或气泡速度的引言测试"验证流体力学性能并建模"但这些研究大多集中流态化技术从引入现代过程工业开始"在煤化工和&Y'在鼓泡流化床和循环流化床$流态化工作者在研究石油的催化裂化等方面产生了举足轻重的作用"并引发流态化的局部流动结构时"往往对局部颗粒浓度的分了在许多物理和化学加工的工业过程中应用流态化技布(床层空隙率(空穴尺寸(上升气速和床层膨胀等进行术&$'$气固流化床由于具有较好的传质和传热的优点"&HAG'&$#A$$'研究"也有研究生物质材料(出口结构等循环流广泛地应用于燃烧(气化(催化裂化和氧化铝的煅烧等化床中颗粒速度的影响"但对湍动流化床局部颗

4、粒速度&!A%'过程工业中$的分布研究不多"尤其是本实验采用的%"FIIo湍动流态化作为一种传统流态化"其总体研究工作%"FII尺寸规模的方形湍动流化床中颗粒速度的系统远不如鼓泡流态化(快速流态化那样深入广泛"目前尚实验测试研究尚未见报道$本文对床层中局部颗粒速无有效(统一的模型来定量描述其动力学行为$但是湍度的分布进行了实验测试"研究了在方形气固流化床中动流化床作为一种传统流化床"已经广泛应用于各种过局部颗粒速度沿截面的分布行为"表观速度和静床高度程工业"特别是应用于化工和冶金过程中$例如gVV的对局部颗粒速度的影响"为湍动流化床的工业应用和设&Y'再生(氯化

5、(无催化剂的流化床反应器(颗粒干燥等$计提供了相应的实验数据$流化床内的局部颗粒速度是表征气固流态化体系$实验装置和参数测量流体力学行为的重要动力学参数"对流化床内局部流动的动力学性能起到决定性作用"并与颗粒在床层的停留!:!实验装置时间直接相关"特别是对床层内的传热和传质性能影响气固流化床实验系统如图$所示$方形截面尺寸收稿日期!!#$%A#FA!%基金项目!四川省教育厅重大培育项目!#HEE#$G"作者简介!曾涛!$G"HA"#女#四川富顺人#教授#博士#主要从事流态化技术方面的研究#!9AI+/,"T/*

6、????曾涛等'方形气固流化床中局部颗粒速度实验研究YH为%"FII"高度为!#%HII$设备材料为低碳钢"在下部流化段相对的两表面用有机玻璃设置了!K#IIoY##II的视窗"便于实验时的观察$图)床层截面中心区与边壁区颗粒速度随表观气速的变化"K*/(6%K*/&"6##整个截面而言"F对上行颗粒速度的影响比对下行颗粒:平均速度的影响更大$值得注意的是"在截面中心处!X8Ge##"可以观察到颗粒向上的平均速度有三个变化阶段-第一阶段-图!湍动流化床实验系统示意图Fp#>%Ik5时"颗粒向上平均速度略有增大%第二阶:!:)实验条件及测试方法段-#>%Ik5

7、pF)p#>GIk5时"颗粒向上平均速度随着实验时采用的固体颗粒为gVV"气体为常温空气"表观气速的增大而增大%而当F#>GIk5后"颗粒向:表观气速设置为-#>#!Z$>!Ik5$局部颗粒速度由光纤上平均速度基本又达到平稳$这个结果与文献&$!'的探头测试"速度探头两光纤之间的距离为#>!FKII"采图Y和图K中局部颗粒浓度在同样操作条件下的变化集时颗粒平行于光纤束排列方向运动时"将产生两路波规律是一致的$速度值无多大变化时"颗粒浓度值变化形相似(而在时间上有一定延迟的反射信号$对两路信也不大"而当向上的颗粒速度随F增大时"对应的颗粒:号进行互相关运算"求出

8、延迟时间!"即可由'e@