试析循环流化床提升管气固两相流动力学研究

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1、四川大学博士学位论文循环流化床提升管气固两相流动力学研究姓名：漆小波申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：祝京旭;黄卫星20030401循环流化床提升管气阉两相流动力学研究化学工禚专泣麟窕生漆小渡指导教师辊京翘教授，黄显星教授锤环流化疼提是管气固嚣相漉体系具有复杂豹动力学行必。提爨管中宏溉尺度上憋气潮秀捆分鸯特征及微鼹尺度土的颗粒势聚等行为一煮是提秀管气圈掰摆滚动力学研究的重要课题，对揭示气固弧相复杂滚动现象的内农规划、建立可靠的动力学鞭测模型以及提爨管反应器的放大设计具有踅要意义。本文以较宽操作条l牛范围内河沙和FCC礴种颗粒分别在两套内径同为lOOmm

2、，均采用喷管型气体羚布器，高度分别为10．5m和15．1m的循环流化床实验装置上的系统实验数据为基础，详细对比分析了提升管内的轴向压力梯度分布和多个凝度裁面上的局部颗粒浓度分布及速度分布，深入研究了颗粒物性和提升管几何结构对循环流化床提升管内气固两相流动力学的影响规律，并进～步探讨了提升管内局部流动结构与整体流动结构的内在关系，．从不同角度深层次地揭示了气固两相的流动结构。提升管高度对气固两相流轴向压力梯度分布的影响非常显著——在相同操作条件下，当提升管高度增加时，熬个床层的颗粒浓废铘随乏降低，从而使得固体颗粒在提升管中的轴向分布更加均匀。罄予以往多数萋予纂一

3、提升管高度的实验结论成经验关联式都没能考虑提升管高度的影响，因诧，建藏气圈两相流动力学模型和放大设计提升管反应器时尤其应当考虑稳升管高度的影响。当采用糨重颗粒(河沙)操作时，程一定操作条件蕾，颥狡在翁布器效应消失后会出现不同稔度的减速。当搡作气速较低(醵§。5n,,／s)辩，滋予颗粒酶减速，河沙在提拜管内鞠、径向分布的不均键程度磁联纂簧严黧褥多；健在操作气速较高(Us>8：Om／s)时，稳重颡粒在裰内的分瓷瑙隗FCC；颓靛嚣为均镯。基予对撬升管内气圈两相流备参数静系统测试藕分析，发瑗在桑有辖弱修正固气院Go’簖。的操作条件下，掇舞管内煞气霉两辊海暴削#鬻耱戳豹

4、宏鼹和微观动力学特征，这辩骞i建模垄参数，更确镯蜷糍捂饔表惩挺秀篱内豹气霾嬲相流动行为具有重要参考价值。参照单相流体在圆管中的流动，在定量分析提升管内气圊悬浮物与管壁问摩擦的基础上，并考虑气固物性、提升管几何参数和操作参数的影响，建立了充分发展段气固两相与管壁间摩擦压力降的预测模型。实验结果表明，模型预测值与实验值吻合良好，这对于通过压差法获取实际浓度、提升管反应器的模拟和设计都具有重要的实用价值。考虑气固悬浮物与管建间摩擦、提升管高度及颗粒物性影响，掇出了充分发展段颗粒浓度预测关联式。该式定量反映了操作参数、提升管商径比、颗粒物性、气阉悬浮物与箭壁间摩擦对充

5、分发展段颗粒浓度的影响关系，解释了部分文献关联式在预测稀相段颗粒浓度时相互蓑异较大的原因，为循环流纯床葳应器的应用设计提供了新的实验关联式。局部颗粒浓度、颗粒速度和通量在无园次半径r／R=0．8附近与福应静截箍平均假达到相等，由此提出以r／R=O．g为核心区无因次半径，英特点是与颗粒种类、操作气速、颗粒循环速率和床层辅向位置鏊本无关。这为迸一步建立帮完善气固两相环核流动结构模鳖捷供了新静憨路和实验镶证。大量数据的分析表明，边鳌醒内的气阖流动辩操作条件、颗粒耪性交让鹣敏感程度遂著丈予核心区，边壁送内的气固两相流行为怒提拜管肉总体滚动继颗粒物径、搽作条件和辅匈筏置

6、产釜交稼静控制濯素。嚣她遴一步研究边壁送酶流动行为对理貅稻籀述整伞提拜管串鹃气霜嚣相滚动终擒蠢重要意义。萋于弱部瓣对鬏粒浓度懿对

7、、瓣序列。深入疆究了絮状物特性在摄舞警轴、径向豹分布趣律鼓及操槔参数对絮麸物特性及其分毒豹影堍，攫忝线提势管内气圈两相漉局部滚动结构与蘩体滚动结构之焖存在麴内褒关系；鬏粒浓度和速凌在掇舞管辅、径自豹整体苓均匀分蠢是絮状物大小、形状、运动速度、内部颗粒浓度、存在对闼及趱现频率等瞬态黪牲参数在提势繁皴、经宠上不均匀分毒戆慰均反跌，气固耀捆滚澎轴向逐激加速囊至宠分发展豹过程实际上是絮状物形态沿罄ll良逐激发浸变化过程的表现，气阉两楣流在径

8、向的环核流动结构是絮状物在核心区秘边壁区运动特性不同的表现，即撮舞镣内艇体流动结构与局部流动结构之间是宏观与微戏、现象与本质的关系。关键词：循环流化床，掇升管，气固两稻流，流体动力学，颧粒速度，籁粒浓度，絮状物llHydrodynamicsofGas—SoHdTwo-PhaseFlowinCirculatingFluidizedBedRisersGraduate：QiXiamboSupervisors：Profs．Zhu脚棚and峨wd啦Thegas-solid姻》鼬flow遮eh-etda蠹璩fluidizedbed(CFB)rts雌premas础黟comp

9、licatedhydrodymmfie