5 气固两相系统
气固两相流介绍
参考书目
张少明编. 《气固两相流导论讲义》 岑可法，樊建人. 《工程气固多相流动 的理论及计算》. 杭州:浙江大学出版 社,1990 小川明著. 周世辉,刘隽人译. 《气体中颗 粒的分离》. 北京:化学工业出版社,1991 金涌，祝京旭等.《流态化工程原理》.北 京：清华大学出版社，2001.
气固两相流
Gas solid two-phase flow
气固两相流的定义
由气体和固体两种物相一起共同组成的 流动体称为气固两相流
《气固两相流》课程研究内容
气固两相流中颗粒的受力分析 作用在颗粒上的曳力特性 颗粒在流体中的运动 相似原理及其在气固两相流中的应用 管道中的颗粒运动及气力输送 气固流态化简介 气固两相流的计算机模拟
本课程的教学方法
课堂讲授：以介绍基本概念及基本原理 为主，对具体的研究结果仅举例说明； 课后自学：根据研究方向及兴趣爱好， 通过查阅相关研究成果（期刊文献、专 利等），归纳总结出与研究课题相向，按要求完成某 一方面相关内容的文献综述（以多 媒体方式介绍10～15分钟） 2、平时成绩 3、闭卷考试
锅炉气固两相流基础理论
2. 颗粒球形度 表征颗粒接近球形的程度。球形度数值越小，颗 粒偏离球形越远。用实测方法获得。 •
3.宽筛分颗粒的平均粒径
• 筛分重量平均直径：dav=∑xidi • Xi—不同直径颗粒份额 • Di—颗粒各种不同粒径，用不同孔径的筛子表示 • 对孔径小于25.4mm的孔，用25.4mm长度上的 孔数表示，简称“目” • 表3-3 为我国常用的泰勒标准筛的目数（25.4mm 长度上孔数）和对应孔径（相邻网线间的孔径）
3.颗粒的扬析和夹带
• 夹带：指单一颗粒或多组分系统中，气流从床层 • 中带走固体颗粒的现象。 • 扬析：从混合物中分离和带走细粉的现象。
二、 炉内颗粒浓度分布
• • • • • • • • •
1. 颗粒浓度沿床高（轴向） 分布规律 从颗粒浓度沿床高的分 布特征看，处于不同流型 状态的流化床内的颗粒浓 度沿床高分布规律差别很大。 从总体上讲，循环流化床炉 内颗粒浓度一般呈上稀下浓 的不均匀分布，如图2-21所示。
•
通常，对于挥发分较高的煤，粒径允许范围较 大，筛分较宽；对于挥发分较低的无烟煤、煤矸 石，一般要求粒径较小，相对筛分较窄。 • 国内目前运行的循环流化床锅炉，其燃料粒径 要求一般在0.1～10mm、0.1～l5mm，特殊的要求 0.1～20mm，这些燃料粒径要求范围较大，均属 宽筛分。
• 6．燃料颗粒特性—称燃煤的粒比度 • 是选择制煤设备和锅炉运行的参数 • 细颗粒多,一般炉温整体高,燃烧后燃 • 粗颗粒多,影响排渣,炉膛易结焦 • 7．流化速度--空塔速度,不是一个常量,指床料或物 料流化时动力流体的速度 • 运行中控制和调整风量,就控制盒调整了流化速 度,即控制炉内物料的流化状态 • 一次风:通过布风板和风帽使床料(或物料)流化起 • 来的空气
气固两相流体力学
颗粒在气相中做变速运动，由于变速运动增加的阻力，其表达 式为：
F B a3 2d p 2(
1t
1d
g g)2t0(t t')2d t(v g vp)d t'
对其气固两相流，Basset力为颗粒沉降阻力（斯托克斯阻力） 的十分之一，通常忽略其影响；但对于液固流，该力必须考虑。
10.2.7 Saffman升力
颗粒开始出现运动噎塞，形成料栓，运动变为不稳定状态。
9
气固颗粒两相流体力学
4. 柱状流 栓状的固相颗粒聚集，形成料柱。
10.3.2 水平管道内的流型 1. 均匀流
固相在管道横截面内分布均匀，流动通畅。 2. 疏密流
重力作用显现，颗粒分布呈疏密不一分布，底部颗粒跳跃前进。 3. 沙丘流
颗粒在重力作用下开始沉降，在管道下部形成波纹状沙丘。 4. 栓状流
单位管长中颗粒质量与输送气体的质量之比称为真实混合比。
'q qm m g p//v vg p g p '' 1 g p1 v vg p
5
气固颗粒两相流体力学
10.2 作用在固体颗粒上的力 气固两相流问题的解决依赖于颗粒相与气相之间的动量交换，
为了很好地计算动量交换，必须对它们之间相互作用力给出描述。 10.2.1 重力
固体颗粒在有速度梯度的流场中运动时，颗粒两侧流速不同导致
一个由低速区指向高速区的作用力。对于低雷诺数流动区域
（Re<1）：
F s 1 .6 1 d p 2 (gg ) 1 /2 ( v g v p )|d v g /d y |1 /2
8
气固颗粒两相流体力学
10.2.8 Magnus效应 固体颗粒在气相中存在旋转时，会产生一个与流动方向垂直的、
第二章 气固两相流动的流型
流型是气力输运问题中的重要参数，它的 精确测量为气力输运的安全性和经济性提 供保障，特别是在阻塞时，这一特殊流型 是最易引发事故的。确定气固两相流的流 型对于其它流动参数的精确测量也是必要 的。
• 有许多关于流型研究的报告，文献探索了
压力波动信号与流型之间存在的某些关系， 但由于气固两相流流型的模糊性、不确定 性等流动过程中的复杂因素，使得流型的 在线测量到至今尚无比较有效的方法。
3. 栓状流 当空管速度降低到略低于流态化的极限速度 时，颗粒群开始噎塞管道，形成料栓，成为不稳 定的栓状流。 4. 柱状流 随着空管速度的进一步降低，栓状流动也不 能保持，诸料栓聚集成料柱，气体像通过多孔介 质那样流过料柱，同时以它的压强推动料柱向上 输送。
Yours attention is appreciated!
• 目前，流型辨识有：直接测量法、间接测
量法和k~ 近邻流型辨识算法。这些算法 由于受各种因素的影响，造成流型判别不 准。如：功率谱密度函数分析法 、模糊神 经元网络辨识 等等
2.3.1 水平管道内的流型 当通过管道的气流速度由高速向低速变化时，会 出现以下几种流型。 1. 均匀流 当空管速度比经济气流速度高出许多，即气流速 度为高速紊流时，颗粒群在气流中飞翔跳跃、悬 浮输送，而且在管道的所有截面均匀分布。 2. 疏密流 随着空管速度的降低，但仍高于经济气流速度， 重力的影响显著起来，颗粒群在气流中呈上下疏 密不一的非均匀分布，大部分颗粒虽仍悬浮着输 送，但管底颗粒则是滚动跳跃向前推进。
气固两相流动的流型
• 在工业生产过程中，将块状原料经过研磨而成粉粒体，采
用气力输送原料的粉粒体输送系统，可以大大提高输送效 率、减少污染、降低成本、提高质量。在冶金、化工、建 材、电力等部门已得到广泛应用。由于粉粒体具有与固体、 气体和液体不同的特性，受其湿度、粘附性的影响，加上 输送气体压力的波动、输送的煤粉流动状况不稳定，常会 出现管道“堵塞” 出现管道“堵塞”现象，造成输送系统瘫痪，从而影响正 常生产。通过研究流型辨识算法，对气固两相流流型进行 有效的预测和判别，对气力输送系统相关设备进行实时控 制，可以防止“堵塞” 制，可以防止“堵塞”现象的发生。
气固两相流模拟技术的研究及应用
气固两相流模拟技术的研究及应用气固两相流模拟技术，是指模拟气体和固体颗粒同时运动的过程。
其应用场景非常广泛，比如化工制造领域中的气力输送、固体颗粒混合、喷雾干燥等过程，以及环境科学领域中的大气污染、沙尘暴等问题。
因此，气固两相流模拟技术的研究和应用具有重要的实际意义。
目前，气固两相流模拟技术主要采用计算流体力学（CFD）方法或离散元法（DEM）实现。
CFD方法主要基于对流方程，通过数值方法对流体动力学方程进行求解，得出流体的流速、压力等物理参数，以及气体与颗粒之间的相互作用力等参数。
DEM方法则主要基于颗粒运动力学原理，把物质看作是由相互作用的颗粒组成的离散体系，通过求解颗粒的受力情况，来计算颗粒之间的相互作用力、碰撞等参数。
虽然两种方法各有优缺点，但在处理气固两相流时，通常采用CFD-DEM耦合方法。
该方法主要是将CFD和DEM方法的数值模型进行耦合，实现同时对气体和颗粒的运动进行模拟，从而更加准确地模拟气固两相流动态过程。
在气固两相流模拟技术中，最关键的是气体与颗粒之间的相互作用力。
气体与颗粒之间的相互作用力可以分为两类：杆状作用力和碰撞作用力。
杆状作用力主要是指气体因速度梯度而对颗粒施加的作用力；碰撞作用力则是指颗粒之间或颗粒与壁面之间发生的碰撞，由此产生的反作用力。
在气固两相流模拟技术的应用中，最常见的是喷雾干燥领域。
喷雾干燥是指在高速气流中喷入悬浮颗粒，通过颗粒与气体的相互作用，使颗粒与气体之间的热量、质量交换，从而实现悬浮物质的干燥过程。
针对喷雾干燥的气固两相流模拟技术，通常采用CFD-DEM二元模型，考虑气固两相流的微观动力学过程，并通过模拟颗粒与气体之间的传热、传质等物理过程，来研究喷雾干燥的机理和优化干燥过程。
研究表明，采用气固两相流模拟技术可以更好地解释和深入研究喷雾干燥过程中颗粒的运动、热量传递和干燥效果等重要问题。
除了喷雾干燥领域之外，气固两相流模拟技术在环境科学领域，特别是大气环境领域也有重要的应用。
气固两相流体力学模型在燃煤发电中的应用
气固两相流体力学模型在燃煤发电中的应用引言燃煤发电是目前世界各国主要的电力供应方式之一。
然而，燃煤发电过程中产生的煤烟气排放对环境和人体健康带来了巨大的挑战。
为了更好地理解燃煤发电过程中的气固两相流体行为，研究人员对气固两相流体力学模型进行了广泛的应用。
本文将介绍气固两相流体力学模型在燃煤发电中的应用及其意义。
气固两相流体力学模型的基本原理气固两相流体力学模型是研究气固两相流体行为的基本工具之一。
它基于流体动力学方程和颗粒运动方程，描述了气相和固相在空间和时间上的运动规律。
常用的气固两相流体力学模型包括欧拉-拉格朗日方法、欧拉-欧拉方法和多尺度方法等。
欧拉-拉格朗日方法将气相和固相视为两个不同的相，分别采用欧拉方法和拉格朗日方法描述其运动。
其中，欧拉方法假设气相和固相是均匀连续的流体，通过质量守恒、动量守恒和能量守恒方程描述其运动；拉格朗日方法则将固相中的颗粒视为相互独立的个体，通过颗粒的运动方程描述其运动。
欧拉-欧拉方法将气相和固相都视为均匀连续的流体，通过质量守恒、动量守恒和能量守恒方程描述其运动。
多尺度方法则将气相和固相的微观和宏观尺度结合起来，通过不同的尺度转换关系建立它们之间的联系。
燃煤发电中的气固两相流体力学模型应用煤燃烧过程中的气固两相流体行为研究煤燃烧是燃煤发电中最主要的过程之一，其燃烧特性对发电效率和煤炭利用率有着重要影响。
通过气固两相流体力学模型，研究人员可以深入分析煤燃烧过程中气相中的燃烧反应、物质传输和能量转化等过程，以及固相中的煤炭颗粒的燃烧和热解过程。
粉煤灰颗粒在燃煤发电中的传输和分离研究在燃煤发电过程中，粉煤灰是煤燃烧产生的主要固体产物之一。
通过气固两相流体力学模型，研究人员可以模拟粉煤灰颗粒在烟气中的传输和分离过程。
这对于合理设计燃煤发电厂的除尘设备以及减少粉煤灰排放具有重要意义。
气固两相流体行为对燃烧控制和污染物排放的影响研究气固两相流体力学模型还可以用于研究气相和固相之间的相互作用对燃烧过程和污染物排放的影响。
流化床干燥设备中气固两相流动的研究进展
流化床干燥设备中气固两相流动的研究进展气固两相流动在流化床干燥设备中起着重要的作用。
流化床干燥设备是一种常用的工业设备，广泛应用于化工、冶金、食品、医药等领域。
在流化床干燥设备中进行气固两相流动的研究，对于提高设备的干燥效率、降低能耗、改善产品质量具有重要意义。
气固两相流动是流化床干燥设备中的核心过程之一。
在流化床干燥设备中，气态的干燥介质通过喷嘴或旋转臂进入设备，与固体颗粒进行充分的接触和混合，使固体颗粒从内部吸收水分，实现干燥的目的。
在这个过程中，气态介质的流动特性有着重要的影响。
研究表明，气固两相流动的研究进展主要体现在以下几个方面。
首先，研究人员对气固两相流动的基本特性进行了深入的研究。
他们通过实验和数值模拟等方法，探究了气态介质在流化床中的流速分布、压力分布和温度分布等相关性质。
这些研究结果为进一步优化流化床干燥设备的操作参数提供了理论基础。
其次，研究者对气固两相流动的传质过程进行了详细的研究。
在流化床干燥设备中，气态介质通常扮演着传递热量和质量的角色。
研究人员通过实验和数值模拟等手段，研究了传热传质机制、传质速率和传质系数等关键参数，并提出了一些改进的方法来提高干燥效率。
此外，研究人员还关注了气固两相流动的流态转换过程。
在干燥过程中，气固两相流体可能处于不同的流态，如床层流态、气泡流态和涡流态等。
研究者通过实验和数值模拟，揭示了不同流态之间的转换机制和条件，并提出了一些改进的方法来优化设备的操作效率。
此外，研究者还在气固两相流动的实际应用中取得了一些进展。
例如，在干燥剂选择、干燥介质的循环利用和设备结构优化等方面，研究者提出了一些创新性的方法和理念，以提高设备的干燥效率和产品的质量。
综上所述，流化床干燥设备中气固两相流动的研究进展涉及了流动特性、传质过程、流态转换及相关应用等多个方面。
这些研究成果为改进流化床干燥设备的操作参数、提高干燥效率和优化产品质量提供了重要的理论和实践指导。
未来，需要进一步加强理论研究与实际应用的结合，以推动流化床干燥设备的进一步发展和创新。
固气两相流输送理论简介
3.1固气两相流输送理论载气式送粉器主要依靠动能把粉末均匀、稳定地输送出来，辅之以气体分散和运输，粉末容易分散均匀及流畅运输。
因此送粉器的结构设计和送粉器的应用都要用到固气两相流输送的相关理论。
3.1.1固气两相流输送原理固气两相流，也称气力输送，是一种利用空气流作为输送动力在管道中输送粉粒状颗粒料的方法。
物料在管道中的流动状态实际上很复杂，主要随气流速度及气流中所含的物料量和物料本身料性的不同而显著变化。
通常，当管道内气流速度很高而物料量又很少时，物料颗粒在管道中接近于均匀分布，并在气流中呈完全悬浮状态被输送，见图3-1（a ）。
随着气流速度逐渐减小或物料量有所增加，作用于颗粒的气流推力也就减小，使颗粒速度也相应减慢。
加上颗粒间可能发生碰撞，部分较大颗粒趋向下沉接近管底，这时管底物料分布变密，但物料仍然正常地被输送，见图3-1(b)。
当气流速度再减小时，可以看到颗粒成层状沉积在管底，这时气流及一部分颗粒从它的上层空间通过。
而在沉积层的表面，有的颗粒在气流的作用下也会向前滑移，见图3-1(c)。
当气流速度开始低于悬浮速度或者物料量更多时，大部分较大颗粒会失去悬浮能力，不仅出现颗粒停滞在管底，在局部地段甚至因物料堆积形成“砂丘”。
气流通过“砂丘”上部的狭窄通道时速度加快，可以在一瞬间将“砂丘”吹走。
颗粒的这种时而停滞时而吹走的现象是交替进行的，见图3-1(d)。
如果局部存在的“砂丘”突然大到充填整个管道截面，就会导致物料在管道中不在前进。
如果设法使物料在管道中形成料栓，见图3-1(e)。
也可以利用料栓前后的压力差推动它前进。
以上所说的物料气力输送流动状态中，前三种属于悬浮流，颗粒是依靠高速流的气流动压被输送的，这种流动状态也称为动压输送。
后两种属于集团流，其中最后一种称为栓流，物料依靠气流的静压输送的。
第四种则动、静压的作用均存在。
3.1.2混合比混合比是指两相流中物料量与空气量的比值，由于它反映了输送量和输送状态的标准，是两相流的重要参数之一。
气力输送之气固两相流
输送管线压力损失对粒子浓度影响超过了输送空气流量，用普通的硅酸盐水泥、含 沙的矾土和聚乙烯颗粒三种完全不同的物对应的输送方式。
用同一轴上显示三种物料输送资料以便于直观比较它们的输送能力，这三种物料分 别经图4.2所示管线进行输送研究。气速200ft/min(10m/s)表压100lb/in2(689.5KPa)，发送 罐以上出料形式将物料送至管道，用来输送物料最大压力值是表压40lb/in2(275.8KPa)。
试验范围应包括物料输送模式，以往的可用经验很少时，按比例增加气源压力、 管径、输送距离、用已有的资料预测管道参数。假如不能按比例增加输送模型，推断出 长距离、高固体填充率和最低输送气速范围是多少，不要冒然用于实际，除非证明物料 就是像这样产能输送的。
2.1 输送模式
高压常见于稀相输送，假如物料适合稀相输送模式。物料特性影响输送形式，同一 输送条件下物料流量也存在差异，成功设计以前未曾尝试过的物料输送，试验是至关重 要的。所以输送试验中必须有附加的高压空气，建立输送界限和一个非常宽输送范围条 件。
1.5 物料性质
物料的性质是气力输送系统能力的一个重要参数，决定了传统的稀相输送系统所需 最小气速,，多数物料输送参数不同，表观特征是物料性质的重要因素。
尽管散装物料的性质，像粒径大小、粒度分布、颗粒形状、形状分布、物料密度是 重要的，有些性质通过及时测量是完全可知的，包括气固相互作用，像存气性和透气性。 一般而言物料具有好的透气性或好的存气性, 更适合采用常规的低速密相输送系统。物 料即没有好的存气性也没有好的透气性局限于稀相输送。
应该强调指出的是不同物料提供的测试资料仅适用于这个特殊的管道。这方面的问 题详见第7和第8章的参数缩放介绍和输送资料缩放到其它管道的要求。
叶轮机械的气固两相流基础
叶轮机械的气固两相流基础叶轮机械是一种广泛应用于工业和民用领域的机械设备，它的工作过程中常常涉及到气固两相流的问题。
气固两相流指的是气体和固体颗粒同时存在于同一空间中运动的流动状态。
叶轮机械的气固两相流基础研究是指对其工作过程中气固两相流现象的物理特性、数学模型、实验方法等方面进行的系统研究。
在叶轮机械中，气固两相流的存在会引起多种不利影响，如：颗粒碰撞对叶轮和其它部件的磨损和损伤，颗粒的沉积和堵塞导致流量减小和系统失效等。
因此，对于叶轮机械中的气固两相流现象进行深入研究，有助于改进叶轮机械的设计和运行，提高其效率和可靠性。
在气固两相流的研究中，常用的数学模型包括欧拉模型、拉格朗日模型和欧拉-拉格朗日混合模型等。
其中，欧拉模型将气固两相流看做一个连续介质，通过守恒方程和状态方程来描述其运动规律；拉格朗日模型则将每个颗粒看做一个独立的粒子，通过牛顿力学等经典物理方程来描述其运动；欧拉-拉格朗日混合模型则综合了欧拉模型和拉格朗日模型的优点，能够更好地描述气固两相流的运动和相互作用。
除了数学模型，实验方法在叶轮机械气固两相流研究中也起着重要作用。
常见的实验方法包括粒子成像测量、压力传感器测量、热丝测量等。
这些方法可以直观地观测和记录气固两相流的物理现象，为数学模型的验证和修正提供了实验数据。
综上所述，叶轮机械的气固两相流基础研究是一个复杂而且具有
挑战性的领域，它对叶轮机械相关产业的发展和应用具有重要的意义。
气固两相流在喷砂机中的行为分析
气固两相流在喷砂机中的行为分析气固两相流在喷砂机中的行为分析喷砂机是一种常用于清洗和表面处理的设备，它利用高速喷射的砂粒来冲击目标物体表面，以去除污垢、氧化层和涂层。
在喷砂机工作过程中，气体与固体颗粒形成气固两相流，这是喷砂机正常运行所必需的。
下面将逐步分析气固两相流在喷砂机中的行为。
首先，喷砂机的主要工作原理是通过压缩空气将砂粒加速到非常高的速度，然后喷射到目标表面上。
当压缩空气通过喷嘴时，它会在喷嘴的最窄部分形成高速流动。
同时，喷砂机中的砂粒会被气流带动，形成一个与气流方向相同的颗粒流。
其次，当气体和固体颗粒以高速相对运动时，会产生一系列的相互作用。
首先，气体会对固体颗粒施加压力，使其加速到喷射速度。
其次，固体颗粒与目标表面碰撞时会产生冲击力，这有助于去除表面污垢和涂层。
另外，固体颗粒之间还会发生碰撞，这会导致颗粒之间的能量传递和破碎。
再次，气固两相流在喷砂机中的行为还受到多种因素的影响。
首先，气体和固体颗粒的速度和流量对喷砂效果有重要影响。
较高的气体速度和更大的颗粒流量可以提供更强的冲击力，从而更有效地清洁表面。
其次，喷嘴的设计也会影响气固两相流的行为。
喷嘴的尺寸和形状可以控制气体和颗粒的流动方式，进而影响清洁效果。
最后，喷砂机操作过程中需要注意安全问题。
由于气固两相流的高速运动，喷砂机操作人员需要佩戴适当的防护装备，以防止颗粒对皮肤和眼睛造成伤害。
此外，喷砂机应在通风良好的环境中使用，以避免吸入过多的颗粒粉尘。
综上所述，气固两相流在喷砂机中的行为是喷砂机正常工作的关键。
通过理解气固两相流的运动方式和相互作用，我们可以优化喷砂机的设计和操作，以提高清洁效果并确保操作人员的安全。
气固0505
d ∂F ∫V Fdv = ∫V dV + ∫ A Fu ⋅ ndA dt ∂t
V控制体体积，F某物理量，A控制体表面积 控制体体积， 某物理量，
18
2011-9-5
气固两相流动与数值模拟
SOUTHEAST UNIVERSITY
考察控制体中某k相与质量相关的任何参变量Ψ 考察控制体中某k相与质量相关的任何参变量Ψ
10
2011-9-5
气固两相流动与数值模拟
SOUTHEAST UNIVERSITY
接上页
根据牛顿内摩擦定律，可写出切向应力与速度梯度之间的关系：τ＝µ du/dy） （du/dy）； 利用du/dy与流体微团角变形速度关系 利用du/dy与流体微团角变形速度关系du/dy =dφ/dt，进而引入流体微团作平 与流体微团角变形速度关系du/dy =dφ/dt， 面运动时， 面运动时，角形变速度又进一步写成 dφ/dt＝Əv/ Əx＋ Əu/ Əy /dt＝ 带入切应力表达式（切应力通过速度表示） 带入切应力表达式（切应力通过速度表示）； 下面研究法向应力如何用速度表示 下面研究法向应力如何用速度表示。 法向应力如何用速度表示。
12
2011-9-5
气固两相流动与数值模拟
SOUTHEAST UNIVERSITY
在推导纳维尔－斯托克斯方程时用过的条件 在推导纳维尔－
不可压缩流体； 不可压缩流体； 粘性流体； 粘性流体； 作用于微元体各力对其中心所形成的力矩之和为零； 作用于微元体各力对其中心所形成的力矩之和为零； 流体微团作平动。 流体微团作平动。
k
：
d ∂F ∫V Fdv = ∫V dV + ∫ A Fu ⋅ ndA ∂t dt
d ∫V ρ kψ k dv = ∫V ρ kφk dv − ∫ A n k ⋅ J k dA dt
电厂中的气固两相流
（2）磨损的计算方法 风机磨损的计算目的在于明确不同的灰粒浓 度和粒子直径大小同叶片允许磨损量的关系，为 风机的设计和选型提供依据；定量给出风机叶轮 的磨损情况和灰粒的分布对风机磨损的影响，从 而可以通过计算机在线监测磨损情况，以便采取 针对性的解决措施和方法。最终目标是精确计算 风机的磨损程度，随时掌握电厂风机的过度磨损 情况，及时采取相应的正确措施
•
• （2）在解决防磨问题上试用过许多方法，选择耐磨性能
较好的材料制作叶片，在易磨部位上覆盖防磨耐磨鼻（一 般采用耐磨性能好的镀铬耐磨鼻，实际测量结果显示，在 同一工况下，镀铬板只磨损0.778 mm， 同一工况下，镀铬板只磨损0.778 mm， 而其它材料要磨 损7.832 mm）； 表面喷焊耐磨材料（采用惰性气体保护 mm）； 焊工艺——Sigma 焊工艺——Sigma 工艺，喷焊用合金粉与喷涂用合金相比， 喷焊层组织为均质合金组织，且与基体为冶金扩散结合， 因而不仅在旧叶片修复而且在新品种叶片强化方面得到应 用。电厂现场对铝合金叶片小面积应用采用一步法，对钢 叶片应用采用二步法）：将叶片压力面加工成锯齿形等； 在实际应用中由于喷涂耐磨材料制作工艺不太复杂，费用 较低，相对便于实施而经常采用。
2. 固体颗粒及对风机叶片粘附的分析 据来自澳大利亚的研究报告，直径5µm的小灰粒几乎 据来自澳大利亚的研究报告，直径5µm的小灰粒几乎 不可能使材料磨损，对于引风机烟气中很小直径的灰粒而 言，它们对叶片的危害就由磨损转化为粘附。因此电厂风 机风道中悬浮固体颗粒中较小者沿叶道吸引力面流动，虽 有磨损，但主要是粘附危害。在线监测电厂引风机叶片磨 损过程中发现气流中因含有“ 损过程中发现气流中因含有“湿”或分子吸附条件及其灰 粒摩擦撞击所引，起的静电吸引，使粒度较小的颗粒粘附 于流道壁面上产生粘附现象。试验数据说明随着物性和环 境条件的不同，粘附将可能链式成长，改变流道形状，或 因粘附不均匀导致转子的振动，恶化风机性能，威胁风机 安全运行。进一步研究发现，粘附的几何位置对轴流式风 机而言，烟气流使叶片吸力面上的附面层自前缘向后缘逐 渐增厚，而其压力面上则自前缘向后缘逐渐变薄。综合各 种效果，粘附最易在动叶或静叶的叶尖和叶根后缘吸力面 上发生。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
理想流化床的特点:
1、有明显的临界流态化点和临 界流态化速度; 2、流态化床层的压降为一常数;
3、有平稳的流态化界面; 4、流态化床层的空隙率在任何流速下,都具有一个代表
性的均匀值,不因床层内的位置而变化。
实际流化床的特点:
请同学们总结出实际流化床的特点？？？？ 临界流态化速度
固定床与流化床分界点所对应的流体表观流速。
5.4 流化态技术的应用
一、流态化技术在工业中的应用
1、化学反应过程
①湿法冶金中：流态化浸出和洗涤、流态化离子交换 ②火法冶金：沸腾焙烧（ZnS精矿）沸腾氯化（钛铁 矿精矿）
2、 物理过程： ①颗粒分级 ②流态化洗涤 ③流态化干燥（喷雾干燥） ④物料输送：最典型的是颗粒物料的气力输送
二、流态化技术的优缺点
工业生产中常见流化床反应器形式
工业生产中常见流化床反应器形式
工业生产中常见流化床反应器形式
流化床反应器结构 反应器主体
扩大段 分离段 浓相段 锥底
流化床反应器结构
锥底：一般锥角为90°或60° 作用：对进入气体起预分布作用、卸催化剂。 床层（浓相段）：床高与催化剂的装填量、气速 有关，是反应器的有效体积。通常催化剂填充层 的静止高度与流化床直径的比值很少超过1，一般 接近于1。 分离段 扩大段
5 气-固两相系统
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 流态化的基本特征 最小流态化速度 最小鼓泡速度 流态化气泡特征 Geldart 颗粒分类 流化床反应器的结构
5.7 流化床的高度与直径
5.1 流态化的基本特征 1、床层物料具有很高的颗粒表面积 2、床层内有大量的不同尺寸的气泡 3、颗粒损失大 4、容易实现连续控制
气泡的作用 1、是床层运动的动力，加剧气-固两相相对运动；
2、造成床层内颗粒的剧烈搅拌，使流化床具有很高 的颗粒与气体、床料与表面的换热速率，因此流化床 具有等温的特征； 3、参与传质，使反应物：气泡相 产物：乳相 4、降低流化床气固接触效率； 5、上升到床层表面破碎时，将大量颗粒抛入床层上 方，使流化床颗粒损失。 乳相；
◆ 气速愈大，分离高度愈大。
(2) 流化床的直径 确定好流化床的操作气速后，即可根据气体的处理量确定流化 床所需的直径D 。
D
4V u
V - 气体的处理量，m3/s ； u - 流化床的实际操作气速，m/s。
流化床反应器的工艺计算
要求：确定床径和床高
确定床内构件
计算传热面积
直径 反应器主体直径D1
5 67
此时，床层压降既符合固定床计算式，又符合流化床计算式。
5.3 最小鼓泡速度
对于大颗粒，
u= umf时，聚式流化床 u 2.07 exp( 0.716 x ) mb 45
d v 0.06
0.347
对于小颗粒，
u= umf时，散式流化床 u< umb时，鼓泡流化床
5.4 流态化气泡特征
流态化曲线——床层孔隙率（或床层高度）、压降与流体表观流 速的关系曲线。
流体通过流化床的阻力
流体通过颗粒床层的阻力与流体表观流速（空床流速）之间的 关系可由实验测得。 下图是以空气通过砂粒堆积的床层测得的床层阻力与空床气速之 间的关系。由图可见，最初流体速度较小时，床层内固体颗粒静止 不动，属固定床阶段，在此阶段，床层阻力与流体速度间的关系符 合欧根方程；当流体速度达到最小流化速度后，床层处于流化床阶 段，在此阶段，床层阻力基本上保持恒定。
在气泡上升途中，不断有一部分粒子离开这一区域，另一部分粒子又
补充进去。这样，就把床层下部的粒子夹带上去，促进了整个床层粒 子的循环和混合。所以气泡是床层运动的动力。 气泡外形成一层不与乳相中流体相混合的区域。这一层为气泡云，在 其中，气泡内的气体与固体颗粒获得了有效的接触，得到反应。气泡越 大，气泡的上升速度越快，气泡云也就越薄，气泡云的作用也就减弱。
3、有不良流态化现象发生时
流化床的操作范围
1、起始流化速度umf 设流化床的床层高度为L，床层空隙率为ε，则此时，床层 压降既符合固定床计算式，又符合流化床计算式。 （1）流化床的压降 mg m 1 Vs ( p ) g Vbed 1 ( p ) g P f g A p A A A
1、优点 ① 易于连续化和自动控制。
② 相际混合均匀，温度均匀。
③ 相际之间接触面大，传质、传热速率大、效果好，可 强化化学反应过程。
2、 缺点
① 气体流动情况十分复杂。 ② 颗粒在反应器内停留时间不均。 ③ 固体颗粒在气流作用下易粉碎，粉末易被气流夹带。 ④ 一些高温过程，微粒易于聚集和烧结（有时不得不降 温，从而降低反应速度）。
充填式分布器
开口式分布器
弯管式分布器
内部构件
包括档网、档板和填充物等。 作用：破碎气体在床层中产生的大气泡，增大g-s相间的接触机会，
减少返混，从而增加反应速度和提高转化率。
外旋挡板
内部构件
多旋挡板
内旋挡板
5. 7 流化床的高度与直径
(1) 流化床的高度 高度=浓相区高度+稀相区高度
① 浓相区（床层）高度：床层上界面以下的床层高度。
4VS 4G S h0 2 D B D 2
或h0=τu u：气体停留时间
其中催化剂体积VS和催化剂质量GS 的确定方法与固定床相同。
3.扩大段高度h2
经验取：h2=D2
• 4.锥底高h3
1 h3 D1ctg 2 2
一般锥角θ=60度或90度 • H=hf+h1+h2+h3
气泡相
5.5 Geldart 颗粒分类
1、C组颗粒
2、A组颗粒 3、B组颗粒 4、D组颗粒
5.6 流化床反应器的结构
流化床反应器类型 按固体颗粒是否在系统内循环分 (1)单器流化床 (2)双器流化床 按床层的外型分 (1)圆筒形 (2)圆锥形 按床层中是否置有内部构件分 (1)自由床 (2)限制床 按反应器内层数的多少分 (1)单层 (2)多层
物料衡算：ALmf (1 mf ) s AL(1 ) s
1 mf L 得： Lmf 1
稀 相 区 浓 相 区
p f 由： (1 )( s ) g L
2 d v2 ( s ) g 3 得：u 150 1
2 d v2 ( s ) g 令：k 150
1 mf L 则： u 3 Lmf k
② 稀相区高度（分离高度 ）：浓相区上界面到稀相区颗粒浓度 恒定处的距离。 ◆ 分离高度取决于颗粒的粒度分布、颗粒的密度和气体的密度、 粘度及结构尺寸和气速。
◆ 目前，尚无可靠的计算公式。
4v 0 D1 u 0
v0-----操作条件下的气体体积流量
扩大段直径D2
D1
4v d u t
vd------扩大段的气体体积流量
流化床的高度
总高度分： 床层（浓相段）高度hf 分离段（稀相段）高度h1 扩大段高度h2 锥底高度h3
浓相段高度hf
床层高度由静床高h0和膨胀比R确定
5.2 最小流化速度 临界流化状态（速度） 床层压降的理论值 流体的流速达到颗粒受到的阻力=重力-浮力 确定方法 颗粒悬浮在流体中
① 可由实验测定，即通过Δ p-u关系曲线确定。
pA Al (1 )( p ) g
② 可用近似计算法求得——量纲分析或相似理论法。
1、细颗粒 2、粗颗粒
气体分布装置：
包括气体预分布器和气体分布板。其作用是使气体均匀分布，以形成 良好的初始流化条件，同时支承固体颗粒。以下为常见气体分布板形式：
凹型筛孔板
单个直孔泡帽
气体分布装置
泡帽侧缝分布板
泡帽侧孔分布板
条形侧缝分布板
直孔泡帽分布板
气体预分布器
帽式分布器
同心圆锥壳式分布器
气体预分布器
A 根据上节中的欧根方程，对于小颗粒(Rep＜20）又可以利用固 定床压降的计算式（5-32） 1 2 L u pf 150 2 3 2 d ev （2）固定床的压降 A L1 ( p ) g L1 ( p ) g
气泡的尾涡与尾迹
常见的三种气泡尺寸定义 1、气泡的产生与运动与颗粒的性质、风板、流化床的尺寸 有关； (1)投影尺寸——பைடு நூலகம் ； 气泡的尺寸与速度 b
2、相同的颗粒，相同的流化速度、相同的深宽比具有相同 (2) 气泡弓玄尺寸——dbh；
气泡与颗粒流型；
(1)床层高度增加，气泡增加；
3、尾涡与尾迹的产生
(3) 体积尺寸——dbv； (2) 流态化速度增加，气泡增加；
(3) 气泡间存在合并长大过程，同时大气泡可分裂为许多小气泡； (4) 流化床存在最大平衡气泡尺寸
气泡晕
单个气泡：顶部球 形，尾部内凹。在尾 部由于压力比近旁稍 低，使一部分粒子被 卷了进去。形成局部 涡流——尾涡
气泡云和尾涡都在气泡 之外，可合称为泡晕。