可视化循环流化床混合流动测量试验台设计与试验
小型电热循环流化床实验台技术方案
小型电热循环流化床实验台一、简介小型循环流化床实验台主要目的建设一套功能齐全的科研实验台，可用于煤的流化床燃烧实验，对给煤粒径、给煤量、床料粒径、床层高度、配风等参数进行研究，并对燃烧温度分布、炉内压力分布、返料状况以及烟气成分进行测量。
实验台还可以用于开展炉内空气分级、炉内加钙脱硫、SNCR脱硝等污染物减排技术的实验研究。
根据上述要求，本方案提出一套循环流化床实验台系统，其主要指标如下：1）设计热负荷：1.5 kW；2）设计煤耗：250 g/h；3）煤粉停留时间：2 S；4）运行温度：900±50 ℃；5）运行压力：±50 Pa；6）炉膛最高使用温度：1100℃；7）炉膛最高使用压力：±5000 Pa；二、技术方案2.1 系统简介实验台系统主要包括：炉本体、加热系统、给粉机、空压机、引风机、测量系统、控制系统及管路系统。
煤颗粒通过给粉机加入炉本体浓相区。
空气由空压机提供，并分成一次风、二次风、分级风、返料风、送料风，经过浮子流量计调节计量后，送入各指定位置。
煤颗粒在浓相区与较粗的床料共同流化，并着火、燃烧、破碎，破碎后的细小颗粒及飞灰和返料器返回的颗粒一起进入稀相区，然后经过旋风分离器进行分离。
旋风分离器分离下来的颗粒，经过返料器返回炉本体浓相区。
未能被分离的飞灰和烟气一起排出炉膛，和旁路冷空气混合后，进入除尘器除尘。
除尘后的烟气经过引风机排至室外。
实验系统示意图2.2 实验台提资三、设备简介3.1 炉本体炉本体采用310S材质焊接而成，具有良好的气密性，其最高耐温1100℃，满足流化燃烧需求。
由于采用氩弧焊钣金焊接工艺，在较小尺寸下，使得布风板、旋风分离器、返料器及相关支管能得到比较精确的加工。
3.2 加热器加热器采用电阻丝陶瓷伴热带，配PID自动温控仪表，通过温度对加热器进行自动控制。
电阻丝采用Cr20Ni80材质，长期工作温度1000℃，极限工作温度1200℃。
循环流化床试验台的设计计算
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炉膛有关设计计算步骤
图% 循环流化床锅炉试验台系统简图
山东电力技术
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循环流化床试验台的设计计算
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山东电力技术
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流化床实验报告
一、实验目的1. 熟悉流化床干燥器的基本流程及操作方法。
2. 掌握流化床流化曲线的测定方法，测定流化床床层压降与气速的关系曲线。
3. 测定物料含水量及床层温度随时间变化的关系曲线。
4. 掌握物料干燥速率曲线的测定方法，测定干燥速率曲线，并确定临界含水量及恒速阶段的传质系数及降速阶段的比例系数。
二、实验原理流化床干燥是利用热空气作为干燥介质，通过流化床将物料悬浮起来，实现干燥过程。
在实验中，通过测量不同空气流量下的床层压降，可以得到流化床床层压降与气速的关系曲线，即流化曲线。
当气速较小时，操作过程处于固定床阶段，床层基本静止不动；当气速逐渐增加时，床层开始膨胀，进入流化阶段，固体颗粒随气体流动。
干燥速率曲线反映了物料干燥过程中含水量与时间的关系。
通过测定干燥速率曲线，可以确定临界含水量、恒速阶段的传质系数及降速阶段的比例系数。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：流化床干燥器、罗茨鼓风机、转子流量计、空气电加热器、固态继电器控温仪表系统、水银玻璃温度计、电子天平。
2. 实验材料：小麦、空气。
四、实验步骤1. 将干燥器预热至设定温度，调节空气流量，使物料悬浮于床层中。
2. 分别在0、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50分钟时，记录床层压降、物料含水量和床层温度。
3. 重复步骤2，直至物料干燥至恒速阶段。
4. 记录恒速阶段的传质系数和降速阶段的比例系数。
五、实验结果与分析1. 流化曲线：通过实验，得到流化床床层压降与气速的关系曲线，如图1所示。
可以看出，随着气速的增加，床层压降先逐渐增大，后趋于稳定。
图1：流化床床层压降与气速的关系曲线2. 干燥速率曲线：通过实验，得到物料干燥速率曲线，如图2所示。
可以看出，干燥速率曲线可分为三个阶段：恒速阶段、降速阶段和平衡阶段。
在恒速阶段，物料含水量随时间逐渐减小；在降速阶段，干燥速率逐渐降低；在平衡阶段，物料含水量趋于稳定。
图2：物料干燥速率曲线3. 临界含水量、恒速阶段的传质系数及降速阶段的比例系数：通过实验，确定临界含水量为X0，恒速阶段的传质系数为kH，降速阶段的比例系数为KX。
流化床单元操作实训报告
一、实训背景流化床技术作为一种高效、节能、环保的化工单元操作技术，广泛应用于化工、食品、医药等领域。
为了提高学生的实践操作能力，我们开展了流化床单元操作实训。
本次实训旨在使学生掌握流化床的基本原理、操作方法和安全注意事项，为今后从事相关领域的工作打下坚实基础。
二、实训目的1. 了解流化床的工作原理和结构特点；2. 掌握流化床的操作步骤和操作方法；3. 熟悉流化床的安全注意事项；4. 培养学生的团队协作能力和动手实践能力。
三、实训内容1. 流化床的基本原理流化床是一种利用流体将固体颗粒悬浮起来的操作方式。
当固体颗粒受到向上的流体作用力大于颗粒自身的重力时，颗粒便悬浮起来，形成流化床。
流化床具有传热、传质、混合、反应和输送等多种功能。
2. 流化床的结构特点流化床主要由以下几部分组成：进料口、床层、分布板、加热器、冷却器、旋风分离器、布袋除尘器等。
3. 流化床的操作步骤（1）启动系统：打开进料泵、风机、加热器等设备，调整各设备参数，确保系统稳定运行。
（2）进料：将原料均匀送入床层，控制进料量，确保床层稳定流化。
（3）加热：根据实验要求，调整加热器功率，使床层温度达到设定值。
（4）反应：在床层中进行反应，控制反应时间，确保反应充分。
（5）冷却：将反应后的物料送入冷却器，降低物料温度。
（6）分离：通过旋风分离器将固体颗粒与气体分离。
（7）除尘：通过布袋除尘器将气体中的粉尘去除。
（8）停车：关闭加热器、风机、进料泵等设备，确保系统安全停车。
4. 流化床的安全注意事项（1）操作人员应熟悉设备性能和操作规程，严格遵守安全操作规程。
（2）操作过程中，注意观察设备运行情况，发现异常情况立即停机检查。
（3）操作过程中，防止高温、高压、有毒有害气体等危险因素对人体造成伤害。
（4）操作结束后，清理现场，确保设备清洁、卫生。
四、实训过程1. 准备工作：了解流化床的基本原理、结构特点、操作步骤和安全注意事项。
2. 实训操作：按照操作步骤进行流化床的操作，包括启动系统、进料、加热、反应、冷却、分离、除尘和停车等。
循环流化床实训报告
一、引言循环流化床技术作为一种高效、清洁的燃烧技术，在电力、化工、环保等领域得到了广泛应用。
为了更好地了解和掌握循环流化床的工作原理、操作方法以及在实际生产中的应用，我们开展了循环流化床实训。
通过本次实训，我对循环流化床技术有了更加深入的了解，以下为实训报告。
二、实训目的1. 了解循环流化床的工作原理和特点；2. 掌握循环流化床的操作方法；3. 熟悉循环流化床在实际生产中的应用；4. 提高动手能力和实际操作技能。
三、实训内容1. 循环流化床的工作原理及特点循环流化床燃烧技术是一种将固体燃料在高温下与气体混合物进行充分燃烧的技术。
其工作原理是将固体燃料送入炉膛，与热气体混合，形成流化床。
在流化床中，固体燃料颗粒在热气体作用下产生流化，从而实现燃料的充分燃烧。
循环流化床具有以下特点：（1）燃烧效率高：循环流化床燃烧技术可以实现燃料的充分燃烧，燃烧效率可达98%以上。
（2）污染排放低：循环流化床燃烧技术可以有效降低氮氧化物和颗粒物的排放。
（3）适应性强：循环流化床可以适应不同种类的燃料，如煤炭、生物质等。
（4）操作简便：循环流化床操作简便，易于维护。
2. 循环流化床的操作方法循环流化床的操作主要包括以下步骤：（1）启动循环流化床锅炉，检查设备是否正常运行。
（2）调整燃料输送量，使燃料均匀进入炉膛。
（3）调整风量，保持炉膛内良好的流化状态。
（4）控制锅炉负荷，保证锅炉稳定运行。
（5）定期检查设备运行状况，及时排除故障。
3. 循环流化床在实际生产中的应用循环流化床技术在电力、化工、环保等领域得到广泛应用，以下列举几个典型应用：（1）火力发电：循环流化床锅炉在火力发电领域得到广泛应用，可有效降低氮氧化物和颗粒物的排放。
（2）化工生产：循环流化床在化工生产中可用于干燥、催化、反应等过程。
（3）环保领域：循环流化床在环保领域可用于处理固体废弃物、废气等。
四、实训总结通过本次循环流化床实训，我深刻认识到循环流化床技术在能源、环保等领域的重要性。
基于单颗粒示踪法内循环流化床颗粒混合的研究的开题报告
基于单颗粒示踪法内循环流化床颗粒混合的研究的开题报告一、研究背景内循环流化床是一种高效的化工设备，广泛应用于化工、制药、食品等领域。
在内循环流化床中，颗粒混合是影响其反应性能的关键因素之一，因此研究内循环流化床颗粒混合机理和影响因素对于优化内循环流化床反应器的性能具有重要意义。
二、研究目的和意义本研究旨在通过单颗粒示踪法探究内循环流化床颗粒混合过程，深入分析颗粒混合机理和影响因素，为优化内循环流化床的设计、操作和控制提供科学依据。
三、研究内容1、内循环流化床的基本原理和工作机理；2、内循环流化床颗粒混合的常用方法和现有研究；3、单颗粒示踪法的基本原理和实验方案；4、通过单颗粒示踪法研究内循环流化床颗粒混合过程及机理；5、探究影响内循环流化床颗粒混合的关键因素；6、分析内循环流化床反应器优化设计和操作控制的可能性。
四、研究方法本研究采用单颗粒示踪法，通过标记颗粒的表面或内部，追踪颗粒在内循环流化床中的运动轨迹，以获得颗粒混合的实验数据。
同时，结合计算机模拟，对颗粒混合机理和影响因素进行深入分析。
五、预期成果1、建立内循环流化床颗粒混合的单颗粒示踪方法；2、获得内循环流化床颗粒混合的实验数据；3、深入分析内循环流化床颗粒混合机理和影响因素；4、提出内循环流化床反应器优化设计和操作控制的新思路。
六、研究难点1、单颗粒示踪法的数据获取和处理难度大；2、内循环流化床的反应过程存在多种物理现象，导致颗粒运动轨迹复杂，难以精确分析；3、颗粒混合机理和影响因素的研究需要具备扎实的理论基础和实验技能。
七、研究工作计划1、熟悉内循环流化床颗粒混合的背景和研究现状，明确研究目的；2、学习单颗粒示踪法的基本原理和实验操作，建立实验方案；3、进行内循环流化床颗粒混合的实验，并对实验数据进行分析；4、探究内循环流化床颗粒混合机理和影响因素，为内循环流化床反应器的优化设计和操作控制提供科学依据；5、撰写开题报告、学位论文。
八、参考文献1. 韩玉坤，王黎明，张春华等. 内循环流化床颗粒混合模拟研究进展[J]. 化学工程与装备，2018，(4)：22-28.2. 张建国，贾蓓蓓，周建华. 单颗粒示踪技术在化学领域中的应用综述[J]. 化学工艺与装备，2020，(1)：1-9.3. 吴俊，张飞. 颗粒混合过程的单颗粒示踪：方法与应用[J]. 化学工程师，2021，(1)：86-90.4. G. Zhu，E. S. Rubin. Internal solids mixing in riser reactors –Part 1: EXperimental investigation using Gas-solid tracer techniques[J]. Chemical Engineering Science, 2006，61：1502-1511.。
循环流化床流化试验步骤
循环流化床流化试验步骤循环流化床是一种常用的反应器，广泛应用于化工、环保、能源等领域。
循环流化床流化试验是对循环流化床反应器进行性能评价和优化设计的重要手段。
本文将介绍循环流化床流化试验的步骤。
一、试验前准备1. 确定试验目的和试验方案，包括反应物、反应条件、试验时间等。
2. 准备试验设备和仪器，包括循环流化床反应器、气体流量计、温度计、压力计、采样器等。
3. 准备试验材料，包括催化剂、载体、反应物等。
4. 对试验设备进行清洗和消毒，确保试验环境干净卫生。
二、试验操作步骤1. 将催化剂和载体按照一定比例混合均匀，装入循环流化床反应器中。
2. 将反应物加入循环流化床反应器中，开启气体流量计和温度计，调节气体流量和温度，使其达到试验条件。
3. 开始试验，记录反应器内的温度、压力、气体流量等参数，并定时采样分析反应产物。
4. 在试验过程中，根据实际情况调整气体流量、温度等参数，以保证反应的稳定性和高效性。
5. 在试验结束后，关闭气体流量计和温度计，取出反应器内的催化剂和载体，进行分析和评价。
三、试验结果分析1. 根据试验结果，分析反应物的转化率、选择性、产物分布等指标，评价催化剂的性能。
2. 对试验过程中的问题进行总结和分析，提出改进措施和优化方案。
3. 根据试验结果和分析，对循环流化床反应器进行性能评价和优化设计。
四、注意事项1. 在试验过程中，要注意安全，避免发生意外事故。
2. 在试验前，要对试验设备和仪器进行检查和校准，确保其正常运行。
3. 在试验过程中，要严格按照试验方案操作，避免操作失误和误差。
4. 在试验结束后，要对试验设备和仪器进行清洗和消毒，保持其干净卫生。
循环流化床流化试验是对循环流化床反应器进行性能评价和优化设计的重要手段。
通过严格的试验操作和结果分析，可以评价催化剂的性能，优化循环流化床反应器的设计，提高反应的效率和稳定性。
流体力学实验装置的流动可视化与数据处理技术
流体力学实验装置的流动可视化与数据处理技术流体力学实验装置是研究流体流动性质和现象的重要工具，通过可视化和数据处理技术，可以更准确地观察和分析流动过程。
本文将介绍流体力学实验装置的流动可视化与数据处理技术的应用及意义。
一、流动可视化技术流动可视化技术是利用各种手段将流动过程直观地呈现在观察者面前的方法。
常用的流动可视化技术包括：1.1 高速摄影技术：通过高速摄影仪拍摄流动过程，可以观察到流体在短时间内的运动轨迹和形态变化，帮助研究人员分析流动特性。
1.2 染料示踪技术：在流体中添加染料，根据染料在流动中的传输情况，可以揭示流体的速度场、流线和湍流结构，为流动模拟和分析提供数据支持。
1.3 激光光点测速技术：通过激光束照射流体表面，利用反射光信号计算流体速度和流动方向，实现对流动场的定量化测量。
二、数据处理技术数据处理技术是对通过流动可视化手段获取的数据进行分析和处理，提取有用信息和特征。
常用的数据处理技术包括：2.1 数值模拟和计算流体力学（CFD）：基于流动现象的物理规律和数学模型，通过计算机模拟流体运动，得出流场速度、压力、温度等参数的分布图，为实验结果的进一步验证和分析提供依据。
2.2 图像处理和信号处理：利用数字图像处理技术，对流动可视化图像进行分割、特征提取和图像匹配，实现对流动状态的定量描述和分析；同时，通过信号处理技术对实验数据中的噪声和干扰进行滤波和处理，提高数据的准确性和可靠性。
2.3 大数据分析和机器学习：借助大数据分析和机器学习算法，对海量流动数据进行挖掘和分析，发现隐藏于数据背后的模式和规律，为流体力学研究提供新的思路和方法。
总结通过流动可视化和数据处理技术，研究人员可以更清晰地观察和分析流体流动过程，获取更多有用信息，并深入理解流动现象的本质。
流体力学实验装置的流动可视化与数据处理技术的不断发展和应用，将推动流体力学领域的研究进展，促进流体力学理论与工程实践的结合，为工程领域的流动问题提供更有效的解决方案。
流体力学综合实验台实验指导书.
流体力学综合实验流体力学综合实验台为多用途实验装置，其结构示意图如图1所示。
图1 流体力学综合试验台结构示意图1.储水箱2.上、回水管3.电源插座4.恒压水箱5.墨盒6.实验管段组7.支架8.计量水箱9.回水管10.实验桌利用这种实验台可进行下列实验：一、雷诺实验；二、能量方程实验；三、管路阻力实验；1．沿层阻力实验2．局部阻力实验；四、孔板流量计流量系数和文丘里流量系数的测定方法；五、皮托管测流速和流量的方法。
一、雷诺实验1．实验目的（1）观察流体在管道中的流动状态；（2）测定几种状态下的雷诺数；（3）了解流态与雷诺数的关系。
2．实验装置在流体力学综合实验台中，雷诺实验涉及的部分有高位水箱、雷诺数实验管、阀门、伯努力方程实验管道、颜料水（蓝墨水）盒及其控制阀门、上水阀、出水阀，水泵和计量水箱等，秒表及温度计自备。
3．实验前准备（1）、将实验台的各个阀门置于关闭状态。
开启水泵，全开上水阀门，把水箱注满水，再调节上水阀门，使水箱的水有少量溢流，并保持水位不变。
（2）、用温度计测量水温。
4．实验方法 （1）、观察状态打开颜料水控制阀，使颜料水从注入针流出，颜料水和雷诺实验管中的水迅速混合成均匀的淡颜色水，此时雷诺实验管中的流动状态为紊流；随着出水阀门的不断的关小，颜料水与雷诺实验管中的水渗混程度逐渐减弱，直至颜料水与雷诺实验管中形成一条清晰的线流，此时雷诺实验管中的流动为层流。
（2）测定几种状态下的雷诺系数全开出水阀门，然后在逐渐关闭出水阀门，直至能开始保持雷诺实验管内的颜料水流动状态为层流状态。
按照从小流量到大流量的顺序进行实验，在每一个状态下测量体积流量和水温，并求出相应的雷诺数。
实验数据处理举例：设某一工况下具体积流量Q=3.467×10-5m 3/s ，雷诺实验管内径d=0.014m ，实验水温T=5℃，查水的运动粘度与水温曲线，可知微v=1.519×10-6m 2/s 。
流化床反应器流动状况的实验测定
F
实验数据处理
在双对数坐标纸上 （1） 记录不同条件下的压降 Δp 与气体流量的变化值， 进行标绘； （2） 确定相应的临界流化速度与最大流化速度； （3） 按实验条件计算临界流化速度与最大流化速度；注意：最大流化速 度 u t 不能直接算出，需假定 Re p 范围后试算，再校核 Re p 是否适用。 G 结果及讨论
ut =
2 (ρ s − ρ g )g dp
18μ
，
Re p < 0.4
⎡ 4 (ρ s − ρ g )2 g ⎤ ut = ⎢ ⎥ 225 ρ μ ⎢ ⎥ g ⎣ ⎦
1 3
dp
，
0.4 < Re p < 500
⎡ 3.1d p (ρ s − ρ g )g ⎤ ut = ⎢ ⎥ ρg ⎢ ⎥ ⎣ ⎦
d p uρ g
u mf - 临界流化速度，
μ m s；
；
u t - 最大流化速度，
m s；
k g m3 ； k g m3 ；
kg m ⋅s 。
ρ g - 流体密度，
ρ s - 颗粒密度，
μ - 流体粘度，
500
固定床
300 200
流化床
B C G D
△AMax
气体通过颗粒床层的压降与气速的关系
E
如图 2–27 所示。当流体流速很小时，固体
100 50
umf
A F
0.02 0.03 0.05 0.1 0.01
ut 颗粒在床层中固定不动。在双对数坐标纸上
床层压降与流速成正比，如图 AB 段所示。此
0.1 0.2 0.3
粒在流体中形成悬浮状态的稀相，并与流体一起从床层吹出，床层处于气流输 送阶段。E 点之后正常的流化状态被破坏，压降迅速降低，与 E 点相应的流速称 为最大流化速度 u t 。 (2) 临界流化速度 u mf 临界流化速度可以通过 ΔP 与 u 关系进行测定，也可以用公式计算。常用的 经验计算式有：
可视化循环流化床混合流动测量试验台设计与试验
可视化循环流化床混合流动测量试验台设计与试验何化昌;毕冬梅;柏雪源【期刊名称】《农业装备与车辆工程》【年(卷),期】2015(000)005【摘要】当循环流化床作为生物质热裂解反应器时，为便于研究流化床内多孔陶瓷球与生物质粉的混合流动规律，设计了一套可视化循环流化床异质颗粒混合流动测量平台和相应的给料装置。
流化床由石英玻璃制成，可满足对生物质热裂解过程的冷态与热态测量的要求。
提升管为100 mm×100 mm×1200 mm的竖直方管，生物质粉给料装置为刮板和螺旋两级喂料。
在冷态试验条件下，利用粒子图像测速技术（PIV）对提升管内多孔陶瓷球与生物质粉的混合流动进行了测量。
试验结果表明，设计的混合流动试验台能够满足不同流化气速下异质颗粒混合流动的测量要求。
%In order to study the mixed flow characteristics of porous ceramic balls with biomass powder in the circulating fluidized bed, which is used as the reactor for biomass pyrolysis, a set of heterogeneous particle mixed flow measuring system and corresponding feeding device are designed. The visual circulating fluidized bed is made of quartz glass, so that it can satisfy the flow measuring requirement in cold-state or hot-state tests of biomass pyrolysis. The designed riser of circulating fluidized bed is a 100 mm×100 mm×1 200 mm vertical square tube. The biomass powder feeding device is made up of scraper and spiral two-stage feeding equipments. Under the cold-state tests, the mixed flow of porous ceramic balls with biomass powder in the riser is measured by particle imagevelocimetry (PIV) measurement. The results indicate that the measuring system can meet request of heterogeneous particle mixed flow under different velocities of fluidizing gas.【总页数】5页(P5-9)【作者】何化昌;毕冬梅;柏雪源【作者单位】255049 山东省淄博市山东理工大学农业工程与食品科学学院山东省清洁能源工程技术研究中心;255049 山东省淄博市山东理工大学农业工程与食品科学学院山东省清洁能源工程技术研究中心;255049 山东省淄博市山东理工大学农业工程与食品科学学院山东省清洁能源工程技术研究中心【正文语种】中文【中图分类】TK229.6【相关文献】1.循环流化床试验台的设计计算 [J], 孔德浩;程世庆;赵学旺;冯玉滨2.液驱混合动力车辆液压系统试验台设计与试验研究 [J], 张庆永;常思勤3.过冷沸腾单汽泡可视化试验台的设计与实现 [J], 黄莹;高璞珍;徐鹏;王忠乙;王超群4.柴电混合拖轮动力系统试验台设计及试验研究 [J], Meng Sifei;Chen Defu;Gu Linlin;Zhou Qingbo;Tan Kun5.航空流体自封式连接器冲击流动综合试验台设计 [J], 周洋;余炳星因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
R134a两相流换热可视化平台设计与运行
(Institute of Energy and Power Engineering, Shandong University, Jinan 250061,Shandong Province, China) ABSTRACT: A visual two-phase flow experiment platform using alternative refrigerant R134a as working fluid was built according to principle of condensation heat transfer to study the characteristics of two-phase flow and visualization of flow pattern, which was primarily made up of circle power, cooling/heating sources, contrastive test sections, accumulator and data acquisition system. A parallel test section was designed for investigation on characteristics of two-phase flow in both horizontal helically-coiled tube and horizontal straight tube, and a reservoir and two visual sections made of electric melting-quartz glass were designed to observe flow patterns. Test results show that heat losing of the system is no more than 5%, leak ratio is no more than 6 kPa/24 h at 2.0 MPa and electric melting-quartz glass is hard enough and utilizable for visual study. Under the conditions of pressures of 0.20-1.30 MPa, mass fluxes of 61-550 kg/(m2⋅s), outlet qualities of 0.02-0.52, five kinds of typical flow patterns, bubble flow, slug flow, stratified flow, wave-stratified flow and annular flow, has been observed. Especially, a new flow pattern named wave-annular flow in this paper is found, which is intervenient of wave-stratified flow and annular flow. KEY WORDS: two-phase flow; R134a; condensation heat transfer; visualization; experiment platform 摘要： 为分析两相流传热特性和实现流型可视化研究， 以替 代工质 R134a 凝结换热两相流动为对象，设计了一个由循 环动力、冷热源、对比实验段、储液蓄能装置和数据采集系 统等部分组成的环路。 重点制作了卧式螺旋管和水平直管对 比实验段、可视化电熔石英玻璃储液罐及流型观察实验段。
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第53卷 第5期Vol. 53 No. 52015年5月May 2015农业装备与车辆工程AGRICULTURAL EQUIPMENT & VEHICLE ENGINEERINGdoi:10.3969/j.issn.1673-3142.2015.05.002可视化循环流化床混合流动测量试验台设计与试验何化昌，毕冬梅，柏雪源（255049 山东省 淄博市 山东理工大学 农业工程与食品科学学院 山东省清洁能源工程技术研究中心）[摘要]当循环流化床作为生物质热裂解反应器时，为便于研究流化床内多孔陶瓷球与生物质粉的混合流动规律，设计了一套可视化循环流化床异质颗粒混合流动测量平台和相应的给料装置。
流化床由石英玻璃制成，可满足对生物质热裂解过程的冷态与热态测量的要求。
提升管为100 mm×100 mm×1 200 mm的竖直方管，生物质粉给料装置为刮板和螺旋两级喂料。
在冷态试验条件下，利用粒子图像测速技术（PIV）对提升管内多孔陶瓷球与生物质粉的混合流动进行了测量。
试验结果表明，设计的混合流动试验台能够满足不同流化气速下异质颗粒混合流动的测量要求。
[关键词] 循环流化床；异质颗粒；多孔陶瓷球；混合流动；生物质热裂解[中图分类号] TK229.6 [文献标识码] A [文章编号] 1673-3142(2015)05-0005-05Design and Experiment of Visual Circulating Fluidized Bed for Measuring Mixed Flow CharacteristicsHe Huachang，Bi Dongmei，Bai Xueyuan（Shandong Research Center of Engineering & Technology for Clean Energy, School of Agricultural and Food Engineering, Shandong University of Technology, Zibo City, Shandong Province 255049, China）[Abstract] In order to study the mixed flow characteristics of porous ceramic balls with biomass powder in the circulating fluidized bed, which is used as the reactor for biomass pyrolysis, a set of heterogeneous particle mixed flow measuring system and corresponding feeding device are designed. The visual circulating fluidized bed is made of quartz glass, so that it can satisfy the flow measuring requirement in cold-state or hot-state tests of biomass pyrolysis. The designed riser of circulating fluidized bed is a 100 mm×100 mm×1 200 mm vertical square tube. The biomass powder feeding device is made up of scraper and spiral two-stage feeding equipments. Under the cold-state tests, the mixed flow of porous ceramic balls with biomass powder in the riser is measured by particle image velocimetry (PIV) measurement. The results indicate that the measuring system can meet request of heterogeneous particle mixed flow under different velocities of fluidizing gas.[Key words] circulating fluidized bed; heterogeneous particles; porous ceramic ball; mixed flow; biomass pyrolysis0 引言多相流动问题广泛存在于能源利用、冶金制造、石油化工和食品干燥等工业生产过程中[1-2]，往往不仅存在着不同物态的气固、气液、液固、气液固等多种组合形式，而且还经常存在同态物质的跨尺度并存问题，特别是固态物体的多粒径共存，小的仅几微米，而大的可至几十厘米。
以生物质快速热裂解技术为例，一般选用石英砂或者陶瓷球作为热载体，不仅用来平衡反应区的温度，而且通过与生物质粉的频繁碰撞接触，使生物质粉颗粒达到高升温速率快速热裂解的目的。
与石英砂（0.1~2 mm）或陶瓷球（2~5 mm）相比，生物质粉的颗粒一般在40~80目(直径约0.2~0.4 mm)之间，因此热载体与生物质粉在粒径上相差10倍以上，质量上可相差100倍以上，两种固态物质在物性上存在较大的差异。
而生物质粉与热载体在反应器内的混合流动情况，将很大程度上影响两者间的传热与传质规律，进而对生物质热裂解产物及其分布造成影响[3]。
循环流化床由于具有较高的循环倍率，床内物质的流动、传热传质剧烈，操作简便等优点，因此广泛用于燃料燃烧、物料干燥等领域[4-5]。
在生物质热裂解技术中，循环流化床也被大量选作主要反应器形式之一[6]，当以多孔陶瓷球作为流化床的床料时，因制备的陶瓷球原料及粒径不同，会造成其体积密度、气孔率等参数的差异，基金项目：国家自然科学基金项目（51406108）收稿日期: 2015-03-26 修回日期: 2015-04-086农业装备与车辆工程 2015年从而引起最低流化速度、床层高度、稀相和密相区浓度、床层压力降等参数的变化，并影响多孔陶瓷球与生物质粉间、气固两相流间的传热传质规律。
目前，在循环流化床的多相流理论和模拟方面，已经有了大量深入而卓有成效的研究成果。
王超等[7]针对某600 MW循环流化床锅炉，利用Fluent软件对炉膛内的气固流场进行了模拟研究，其中模拟采用结合颗粒动力学理论的双流体模型，并分析了炉膛颗粒浓度轴向分布，颗粒浓度与轴向速度的径向分布以及六分离器气固流率的不均匀性。
Tsuo 等人[8]的研究中使用双流体模型对循环流化床进行了模拟，并且考虑颗粒之间的粘度，对环-核结构的流动和颗粒尺寸进行了分析，得到了循环流化床中存在粒子束的结论。
袁竹林[9]利用 DEM 模型对颗粒粒径呈正态分布或密度呈正态分布时床内的颗粒运动形态，结果发现颗粒粒径的改变相对于颗粒密度的变化所造成的影响更加显著，并分析了床内不同颗粒的运动区域。
总之，大多数流化床内气固两相流的研究，都是侧重于流化气速、布风板结构、床料粒径大小等对提升管内的气固两相流动的影响，而很少涉及多孔床料的体积密度和形状差异对混合流动特性的影响规律研究。
另外，由于多相流动问题的复杂性，理论模拟结果往往与实际测量值偏差较大，有时并不能真实有效地反映循环流化床内异质颗粒的运动情况，因此通过试验来验证气固两相流理论建模的正确与否，也是多相流理论研究的重要手段。
针对生物质热裂解过程中的多相流问题，设计了一套可视化循环流化床异质颗粒混合流动测量试验装置，以了解生物质热裂解过程中多孔陶瓷球与生物质粉的混合流动情况，并便于对后续理论建模结果进行验证。
1 试验设备与仪器可视化循环流化床异质颗粒混合流动测量平台主要由生物质粉喂料系统、循环流化床本体及供风系统、粒子图像测速系统（particle image velocimetry，PIV）构成，整个系统的布置图见图 1所示。
该测量系统主要用于研究生物质粉与多孔陶瓷球在循环流化床内的混合流动情况，侧重于分析因多孔陶瓷球的气孔率及流化气速的变化，对生物质粉与陶瓷球间的相互碰撞、流动特性的影响规律。
测量试验操作过程如下：将按相同配方制得、均匀粒径的多孔陶瓷球放入循环流化床内，调节流化风速，待陶瓷球完全流化后，再将生物质粉均匀地喂入循环流化床内，利用PIV系统对测量区域进行连续拍照，然后利用图像分析软件对多孔陶瓷球和生物质粉的流动情况进行分析计算，从而得出两者的混合流动规律。
1.1 生物质粉两级给料装置生物质粉具有粒径小、堆密度低、表面积大、易粘附搭桥等特点，而在生物质快速热裂解过程中，反应器温度一般在400~600 ℃间，而且反应器内是正压环境，因此反应器内高温高压的环境容易导致生物质粉的喂料比较困难。
所以试验中为了保证喂料的连续稳定性，设计了刮板喂料+螺旋进料两级给料装置进行喂料，见图2所示。
刮板式喂料部分由生物质料斗、刮板器、调速电机、机体等部件组成。
料斗内安装的刮板器在调速电机带动下旋转工作，将物料拨入落料口抵达下一级的螺旋绞龙。
在落料口上方设有直径略大于落料口的锥筒，可有效防止物料自由落入落料口，因此物料只能通过刮板器推入落料口，调速电机调节刮板器的旋转速度，以达到精确控制喂料速率的目的。
而螺旋绞龙则负责将物料快速送至反应器中，因此其转速较高，并使输送量远大于刮板喂料的喂料速率，这样就可有效防止图 1 循环流化床颗粒混合流动测量系统Fig.1 Particles mixed flow measuringsystem for circulating fluidized bedCCD相机生物质热裂解气体至冷凝部分生物质粉提升管旋风分离器料仓电机冷却水风帽空气压缩机流化风返料风陶瓷球与生物质粉或生物质炭分离箱排生物质粉或生物质炭口脉冲激光器7第53卷第5期生物质粉因拥堵挤压而熔融粘结在绞龙上。
另外，为降低反应区温度过高而导致生物质粉熔融的问题，在螺旋进料器的外壁上通冷却水。
试验表明，采取上述措施后，生物质粉的给料较通畅，发生生物质粉粘结成块的现象大大降低。
1.2 循环流化床本体及供风系统可视化循环流化床由提升管、布风板、分离器、回料器等部件组成。
为便于观察生物质快速热裂解过程及进行混合流动测量，流化床由耐高温的石英玻璃制成，其中提升管为100 mm×100 mm×1 200 mm 的长方体。