探索气液固循环流化床自组织结构的分形重构

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1、天津大学硕士学位论文气液固循环流化床自组织结构的分形重构姓名：朱玉玲申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：刘明言20090601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，是非线性结构的一个重要方面，也是十分普遍的自然和社会现象。流态化系统也常出现自组织流动现象，如数个颗粒聚集在一起形成颗粒团运动，几个气泡形成气泡群作螺旋式上升运动等。多相流体系内的自组织或相干结构的研究对深入地理解流动问题，增加对系统的基础理解，以及体系的量化描述都具有深远的意义。同时也将丰富大自然的分形理论，并为改善其传质、传热性

2、能，开发高效流化床反应器提供理论依据，具有重要的理论意义和实践价值。但国内外这方面的报道还较少。本论文在对气液固循环流化床内的气泡、颗粒等的团聚行为及其运动变化规律等自组织现象深刻理解的基础上，以分形理论为桥梁，根据气泡间存在的作用力、颗粒间存在的作用力，提出分形假说，重构了三相循环流化床内流动时空结构图。模型在重构过程中，参照统一尾涡模型，将三相流化床分为液固流化区，气泡区，尾涡区，并且给出了液固流化区中心流区域半径的计算方法。模型模拟了气液固循环流化床中出现的自组织结构随操作条件演化规律，如颗粒密度、颗粒直径、

3、主辅水流流速、表观气速、表面张力，研究了团聚与分形维数的关系，并将模拟结果与实验结果进行了对比。分形重构模拟结果能在一定程度上重现气液固循环流化床内出现的自组织流动结构，通过验证发现模型预测结果与实验结果较为吻合。关键词：气液固循环流化床；自组织；团聚：分形维数；重构ABSTRACTSelf-organization，amacrospaceqimeorderlystructureformedspontaneously，allimportantaspectofnon-linearstructure，isatypeof

4、generalphenomenoninthenatureandsociety．Self-organizationphenomenaarealsousuallyfoundinfluidizationsystem，forexample，movementoffluidizedsolidparticlegroups，spiraltypeascendingmotionofbubblesandwakes．Theinvestigationontheself-organizationofGas-·liquid·-solidcirc

5、ulatingfluidizedbedcalldeepenthefundamentalunderstandingofthesystem，aswellashavefar—reachingsignificancetOquantitativedescriptionofthesystem．Atthesametime，itwillenrichfractaltheoryofnature，improvetheperformanceofmasstransferandheattransfer,andprovidetheoretica

6、lbasisforthedevelopmentofhighefficientfluidizedbedreactor．Therefore，theinvestigationsonself-organizationbehaviorhavetheoreticalsignificanceandindustryapplicationvalue．Buttheinvestigationofself-organizationphenomenononGas--liquid·-solidcirculatingfluidizedbedwa

7、sshortageintheopenliterature．Inthispaper,basedonthedeepunderstandingofself-organizationphenomenaintheGas··liquid··solidcirculatingfluid'tzedbedsuchastheclusteringbehaviorofbubble，particle、，theirvariationofmovementandSOon，usingfractaldynamicsasabridge，throughth

8、efull—forceanalysisofthesystem，forexample，theforcebetweenbubbles，theforcebetweenparticles，theforcebetweenbubblesandparticles，puttingforwardFractalhypothesis，theflowstructureoftimea