探索气液固循环流化床自组织结构可视化研究

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1、一渊⑧天津大謦硕士学位论文一I啊啊眺-=11哺哪■■¨i学科专业：些兰!型作者姓名：型堡兰指导教师：型塑亘墼堡天津大学研究生院2008年6月气液固循环流化床自组织结构可视化研究VisualInvestigationsonSelf-OrganizationStructureinGas--Liquid·-SolidCirculatingFluidizedBeds(国家自然科学基金项目，No．20576091)学科专业：化学工程研究生：刘建华指导教师：刘明言教授天津大学化工学院2008年6月摘要自组织现象是指自然界中自发形成的宏观时空有序结构现象，是十分普遍的自然和社会现象。自然界中

2、典型的自组织现象有：B6nard流体的对流花纹、Belousov．Zhabotinsky化学振荡花纹与化学波、激光器中的自激振荡等。流态化系统也常出现自组织流动现象，流化的固体颗粒自发地以聚团形式有规律运动，气泡及其尾涡做螺旋式上升运动等。对气液固循环流化床(Gas．Liquid．solidcirculatingFluidizedBed，GLSCFB)体系内的自组织流动结构，尤其是颗粒团聚行为以及气泡与颗粒混合团聚行为等开展研究，可以增加对系统的基础理解，并为改善其传质、传热性能，开发高效流化床反应器提供理论依据，从而具有重要的理论意义和实践价值。但国内外这方面的报道较匮乏。本

3、文设计和建立了一套气一液．固循环流化床装置，通过搭建CMOS高速摄像测试系统，对GLSCFB上行床及下行床内的自组织团聚行为进行了较为系统的实验研究。分别以成颗粒团聚状态颗粒数和成混合团聚状态颗粒数占总颗粒数的比率以及成混合团聚状态气泡数占总气泡数的比率等几个物理量为目标函数，考察了操作条件、流体物性和颗粒物性等对GLSCFB内团聚行为的影响，得到了一些结果。在GLSCFB内存在的颗粒团聚体以二、三重颗粒团居多，混合团聚体一般以一个气泡夹带二至四个颗粒所组成的混合团聚体居多。在本实验研究操作条件范围内，颗粒团聚体的平均生命周期维持在0．07s左右，而混合团聚体的平均生命周期受外

4、界影响较大，变化范围为0．02-4)．07s。GLSCFB内的自组织团聚行为与操作条件、物性和流体力学方面存在密切联系。其中对团聚行为总体上起减缓作用的因素有主水流的增大、颗粒直径和颗粒密度的增大；而对团聚行为总体上起增强作用的因素是辅助水流的增大、液体黏度的增大。分形维数可以从几何角度描述GLSCFB内的自组织团聚行为，团聚行为的增强可导致分形维数的降低。在分形维数、相含率和团聚行为三者中知道其中两者的变化可判断第三者的变化。关键词：气液固三相循环流化床；自组织；团聚；高速摄像；分形维数ABSTRACTSelf-organization，amacrospace—timeord

5、erlystructureformedspontaneously，isatypeofgeneralphenomenoninthenatureandsociety，suchasconvectivepattemofB∈nardfluid．chemicaloscillationandchemicalwavesofBelousov．Zhabotinsky,self-excitedoscillationoflaser．Self-organizationphenomenaarealsousuallyfoundinfluidizationsystem，forexample，movemento

6、ffluidizedsolidparticlegroups，spiraltypeascendingmotionofbubblesandwakes．Asfortheself-organizationstructureofGas-Liquid—SolidCirculatingFuidizedBed(GLSCFB)system．theinvestigationOntheparticleclusteringbehaviorandmultiplexclusteringbehaviorofbubblesandparticlescalldeepenthefundamentalundersta

7、ndingofthesystem，improvetheperformanceofmasstransferandheattransfer,andprovidetheoreticalbasisforthedevelopmentofhi【曲efficientfluidizedbedreactor．Therefore．theinvestigationsonself-organizationbehaviorhavetheoreticalsignificanceandindustryapplicatio