液固外循环流化床起始外循环液体流量的实验研究
循环流化床流体动力特性研究
循环流化床流体动力特性研究摘要：循环流化床流体动力学在能源传输、医药研发、工业动态等领域有着极其广泛的应用，该文旨在通过实验研究和理论分析，分析大田山水平流化床模型的流体动力学特性，并建立了有效的动力学模型，研究循环流化床流体动力学性能。
首先，通过实验仪器设置了不同的实验模型，测量和分析了液体的流速信息和流量数据，从而建立了不同的流体动力学模型。
其次，在此基础上，探究了循环流化床内部流体动力学性能，深入分析了不同流速下液流特性，并采用统计方法研究了流动特性。
最后，本文全面评估了循环流化床的流体动力学性能。
关键词：循环流化床；流体动力学；流速；实验研究；理论分析1 Introduction循环流化床作为一种新型的流体化平台，在能源传输、药物合成、工业反应、水处理等各个领域显示出日益增强的能力。
它的特点是具有有效的传输和分配、低能耗和可控的作用，因此，循环流化床的流体动力学特性是计算其参数、性能和稳定性的关键。
本文采用实验研究和理论分析的方法，探究了大田山水平流化床模型的流体动力学特性，并建立了有效的动力学模型，充分发挥它的流体动力学性能。
2 Experimental Setup and Flow Characteristics2.1 Experimental Setup为了研究循环流化床的流体动力学特性，采用实验装置设置了大田山水平流化床模型，包括一个流动管道、控制阀、实验台等部件，从而实现对液体的测量和分析。
详细的实验装置如图1所示。
流动管道：实验装置的管道尺寸为Φ100×1000mm，它由有毛细管组成，侧壁光滑，温度为23℃，全长为1000mm；控制阀和实验台：实验装置设有一条PVC阀门控制管路，用于控制流体的流量和压力；同时，实验台配有一台计算机和数据记录仪，用于对实验模型的流体流量、流速和压力等参数的测量和记录。
2.2 Flow Characteristics实验中，采用梯度测试的方法，分别测量分别在0.02、0.04、0.06、0.08、0.10和0.12米/秒的水流速下，液体的流速信息和流量数据，并通过调整控制阀的开度来改变流量，以此来构建不同的流体动力学模型。
液固流化床的流体形态
液固流化床的流体形态
液固流化床是一种固体颗粒悬浮在液体中形成流动性的床层。
在液固流化床中，固体颗粒的流体形态主要包括两种状态：床层静止状态和床层流动状态。
床层静止状态：在初始阶段或者低流速条件下，床层中的固体颗粒处于静止状态。
此时，液体通过颗粒间的空隙，形成了固定的床层结构。
颗粒之间的相互作用力阻碍了颗粒的运动，使得床层整体呈现出一个相对静止的状态。
床层流动状态：随着液体的注入或者流速的增加，床层中的固体颗粒逐渐开始流动。
在床层流动状态下，固体颗粒受到液体的冲击和拖拽，床层呈现出类似流体的特性。
颗粒间的相互作用力减小，颗粒之间的空隙扩大，形成了一种流动性较强的状态。
在液固流化床中，床层的流体形态是由流速、液体性质、颗粒特性等因素共同影响的结果。
这种床层状态具有优良的传质、传热性能，被广泛应用于化工、冶金、环保等领域，例如颗粒床反应器、气化设备等。
液—固水力旋流器两相流动数值模拟研究进展
液—固水力旋流器两相流动数值模拟研究进展液—固水力旋流器广泛应用于各个行业，如石油化工、选矿、造纸、医药卫生、环境保护和食品等。
近年来，随着各工业领域的不断发展，对液固分离技术与装备提出了新的挑战和更高的要求同时，为了适应当今不断高涨的降低能耗的要求，目前迫切需要开发出高分离速度、高脱水度、高分离精度的高性能液—固分离技术然而，由于实验条件的限制，单纯通过实验来研究旋流器的性能不仅周期长而且费用高，如果辅助以理论分析计算和流场模拟等方法来研究旋流器内部流体流动规律，以及结构尺寸变化对分离性能和压力特性的影响等，则可缩短研究周期和实验费用，具有重要的理论研究和工程应用价值。
液—固水力旋流器结构及工作原理图1所示为典型的液—固旋流器，主要由进料口、溢流口、底流口和器壁组成。
其工作原理为，当液体高速旋转受离心力作用时，轻相向轴心迁移，从溢流口排出，重相向壁面运动，由底流口排出，从而实现轻相( 液) 和重相( 固) 分离的目的。
图1 典型液—固旋流器两相流场数值模拟研究进展液—固水力旋流器中液固分离的问题在数值模拟中定义为液体和固体不相容的两相流问题。
由于液固两相之间的相互作用和每一相的运动，传热传质和反应等的影响，颗粒相的模拟基本分为两类：一类是Euler方法，该方法除将流体作为连续介质外，把颗粒群也作为拟连续介质或拟流体，设其在空间有连续的速度和温度分布及等价的输运性质( 粘性扩散导热等) ；另一类是Lagrange方法，该方法把流体作为连续介质，而将颗粒群看作离散体系，并以此来探讨颗粒动力学颗粒轨道等基于这两种方法，研究者采用了不同的模型对旋流器内的两相分离过程进行了模拟研究。
K T Hsien和R K Rajamani( 1991)根据颗粒的受力平衡，用代数逼近法求出固体颗粒的滑移速度和轨迹，P He，M Salcudean和I S Gartshore(1997 )分别用二维和三维模型计算了旋流器的分离效率。
化工基础实验固定床和流化床实验
流化床阶段，每一个空塔速度对应一个相应的床层空隙 率，流体的流速增加，空隙率也增大，但流体的实际流 速总是保持颗粒的沉降速度μt不变，且原则上流化床有 一个明显的上界面。
C、颗粒输送阶段 当立体在床层中的实际流速超过颗粒的沉降速度μt时，
流化床的上界面消失，颗粒将虚浮在流体中并被带出器 外，如图（e）所示。
流化床压力与气速的关系
log
固定床
流化床
带出开始
C
B
A
D
A 起始流化速度
带出速度
logu
图 3-28 流化床压力降与气速关系
三、实验装置图
图2 气固系统流程图 1.鼓风机 2.孔板流量计 3.孔板压差计 4. 压差计 5.床身 6.接收管 7.旋风分离器 8.按钮开关
图2 液固系统流程图 1. 旋液分离器 2. 接收器 3.床身 4. 压差计 5. 孔板压差计 6.水槽 7.水泵 8. 孔板流量计 9. 按钮开关
此时，实现了固体颗粒的气力或液力输送，相应的床 层称为相输送床层。
2、两种不同流化形式 A、散式流化 散式流化状态的特点：固体颗粒均匀的分散在流化介
质中，故称均匀流化。当流速增大时，床层逐渐膨胀 而没有气泡产生，颗粒彼此分开，颗粒间的平均距离 或床层中各处的空隙率均匀增大，床层高度上升，并 有一稳定的上界面。通常两相密度差小的系统趋向散 式流化，故大多数液—固流化属于“散式流化”。
二、实验原理
1.流态化现象 当一种流体自上而下流过床层时，随着
流速的增大会出现三种不同的情况：
A、 固定床阶段 当流体通过床层的空塔速度较低时，若床
层空隙中流体的实际流速u小于颗粒的沉降速 度ut，则颗粒静止不动，颗粒层为固定床。
《化工装备技术》二00八年总目次
梁 新 刘亚莉 戚俊清 李小龙 ３ ３ ２ 水平管降膜蒸发器蒸发传热性能实验研究 ………………… 郑东光 孙会朋 杜 亮坡 史晓平 ３ ３ ５ 管壳式换热器常见失效形式浅析及对策探讨 …… 刘春雷 ３ ３ ８ 加氢装置高压换热器 ｎ 型密封环失效分析 …………………
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５ ９ ６ ２ ６ ６ ７ ０ ４ ４
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４ ７ ４ ９
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８
干燥 、造 粒
种 多功能热泵干燥装置及其特性 分析 …………………・ 谢继红 陈 东 热泵除湿技术 的应用与发展 … 黄｝林 吴兆林 周志钢 韦 高温热管在热敏物料喷雾干燥中的应用 ………… 侯少雄 防止喷雾干燥塔壁挂粉严重的方法 ……………… 刘殿字 颗粒表面料层干燥过程的数值模拟 …… 曾满连 葛仕福 氢气作为热泵干燥装置干燥介质的分析 …………………・ － 陈 东 谢继红 ５
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袁惠新 １
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气-液-固自然循环流化床中的流动特性和压降
气-液-固自然循环流化床中的流动特性和压降齐国鹏;姜峰;赵燕禹;赵国华;周震;李修伦【摘要】A fluidized-bed evaporator for gas-liquid-solid natural circulation was set up to research the flow and distribution of solid particles and pressure drop of liquid-solid two-phase flow in a heating pipe bundle. With CCD image collecting and processing system,the influences of the particle kinds,particle holdup and additive air amount were studied. The experimental results show that air inlet positions have much effect on the distribution of solid particles in the heating pipe bundle. The form of moving and fluidization of solid particles in up-channel is different from that in down-channel. In up-channel,solid particles make circulating movement with the central part rising and perimeter dropping. As the density decreases,the distribution of solid particles in up-channel gradually becomes uniform. In down-channel,solid particles form two big whirls at both sides of the central axis. As additive air amount increases,the rotation rate of whirls increases. When the air is input from the up-channel,the pressure drop of liquid-solid two-phase flow in the heating pipe bundle increases with the increase of particles holdup and air amount. The pressure drop model of liquid-solid two-phase flow in the heating pipe bundle has been set up,and the calculated data agree well with the experimental results.%建立了气-液-固冷模多管自然循环流化床蒸发器,利用CCD图像采集和处理系统,研究了固体颗粒的种类、含率和通气量等操作参数对于固体颗粒的流化和运动形态、分布以及加热管束中液-固两相流压降的影响.结果表明:通气位置对于固体颗粒在加热管束中的分布影响较大.在上、下管箱中,固体颗粒的运动和流化形态不同.在上管箱中,固体颗粒形成中心上升、四周下降的循环运动,并且随着其密度的降低,固体颗粒在上管箱中的分布逐渐趋向均匀;在下管箱中,固体颗粒在中心轴的两侧形成两个大的旋涡,旋涡的旋转速度随着通气量的增加而增大.当气体从上管箱加入时,加热管束中液.固两相流的压降随着固体颗粒加入量和通气量的增加而增大.利用实验数据建立了加热管束中液.固两相流的压降模型,模型结果与实验数据吻合较好.【期刊名称】《天津大学学报》【年(卷),期】2009(042)010【总页数】7页(P901-907)【关键词】气-液-固;自然循环;循环流化床;压降【作者】齐国鹏;姜峰;赵燕禹;赵国华;周震;李修伦【作者单位】天津大学化工学院,天津,300072;天津大学化工学院,天津,300072;天津职业大学环境生物工程学院,天津,300402;天津职业大学环境生物工程学院,天津,300402;天津大学化工学院,天津,300072;天津大学化工学院,天津,300072【正文语种】中文【中图分类】TQ021.1;TQ021.3气-液-固三相流防、除垢和强化传热技术的研究已开展多年，在实验室研究[1-9]和工业化应用[10-11]方面都已经取得了一定的成果，积累了一定的经验．但是由于技术本身的复杂性和工业化过程中存在着较多的问题，使得该技术还有许多可待研究和完善之处，其中包括多管循环流化床内相的流动、分布和压降；自然循环操作时循环速度的计算和颗粒合理用量的确定；载气的加入方法和用量以及一些突发性的问题等．针对上述问题，建立了一套冷模透明多管循环流化床蒸发装置，通过较为系统的可视化研究，分析自然循环条件下，固体颗粒的种类和加入量以及通气量等因素对颗粒的流动、分布和多相流压降的影响，定性和定量地分析颗粒的流动和分布规律，为建立三相循环流化床蒸发器中压降的合理计算模型以及三相流防、除垢技术的工业化应用奠定基础．1.1 实验装置与流程实验装置为冷模透明多管循环流化床蒸发器，装置流程如图1所示．首先向装置中加入液相流体到指定液位，然后加入一定量的固体颗粒．空气由压缩机输入后，经气体分布器，进入上管箱上方的循环管内，造成装置左侧上升管和右侧下降管内多相流体的密度差，使装置内形成气-液-固三相流自然循环．气-液-固三相流到达分离器后，气相和液、固两相分开．气相由分离器顶部排出，液-固两相流经循环管进入加热室，进行装置内的循环流动．为便于可视化研究，整套装置由有机玻璃制成．加热室采用“薄片模型”，即 9根加热管呈“一”字形排列在管箱中，如图2所示．加热管长0.6,m，内径34,mm，壁厚为3,mm，管间距为管外径的 1.25倍．矩形管箱长 460,mm，宽50,mm．在上、下箱上开有测压口，与 U管压差计相连．此外，上管箱和下管箱底部的循环管上各装有气体加入口．以加入的固体颗粒体积占蒸发器中液相体积的百分数来计算，固体颗粒的加入量分别为 0.5%、1.0%、1.5%、2.0%．1.3 参数测量及数据处理方法(1)空气加入量采用转子流量计进行测量，型号为LZB-40，量程为4～40,m3/h，精度为1.5%．(2)流体循环速度采用均速管进行测量，公称压力为1.0,MPa．(3)加热管束中液-固两相流的压降采用 U管压差计来进行测量，指示液为CCl4．(4)固体颗粒的运动和分布采用 CCD图像采集和处理系统进行测量．对采集的图像数据采用相应软件进行处理后，最终得到固体颗粒的含率，数据处理步骤如图3所示．2.1 颗粒流动形态的观测与分析2.1.1 通气位置对颗粒流动和分布的影响实验结果表明，由上管箱通气时，在不同的气量、颗粒种类和用量下，加热管束中颗粒的分布均较为均匀，如图 4(a)和(b)所示；然而，由下管箱通气时，空气在管束中的分布极不均匀，绝大部分空气由管束右侧(靠近下行床的一侧)的加热管进入上管箱，如图4(c)所示．空气分布不均造成了不同加热管中颗粒含率和速度的不均．在有大量空气通过的加热管中，颗粒随高速气流迅速向上运动到达上管箱．在上管箱中，颗粒在气流的扰动下做杂乱无章的运动，大部分颗粒被携带到上管箱上方的循环管中，少量颗粒经由几乎没有空气通过的左侧加热管向下运动返回下管箱．这样，部分颗粒就在加热室内形成内循环．由此可见，通气位置对于加热管束中颗粒分布的影响很大，而这种影响主要是由下管箱中的流场造成的．因此当由下管箱通气时，应设计和安装适当的分布板，以调整流场，达到颗粒在管束中的均匀分布．2.1.2 水平管两相流中颗粒的运动形态循环流化床底部水平管中为液-固两相流，如图5所示，对于此部分，当颗粒加入量一定，且颗粒已在整个床中形成正常循环时，若通气量较小，则颗粒一部分悬浮在流体中，随流体循环；另一部分则沉积在水平管的底部，贴着壁面向前运动．随着气量增大，颗粒运动速度加快，沉积在底部的颗粒量越来越少，逐渐从壁面转移到流体中．当气量达到一定程度时，颗粒完全悬浮起来．颗粒流化形态的改变，源于循环速度的变化．气量增大，循环速度和流体的湍流程度增加，流体对颗粒的曳力和搅动增大，使颗粒逐渐脱离壁面，随流体悬浮流动．了解底部水平管中固体颗粒的流化形态随操作参数的变化，对于确定三相循环流化床蒸发装置中颗粒的合理用量非常重要．对于水平管中不同颗粒在不同条件下的完全流化速度，将进一步进行研究．图5中颗粒为聚甲醛，其加入量为1.5%．2.1.3 加热室下管箱中颗粒的流动形态当由上管箱通气时，在下管箱的液-固两相流中，颗粒的集团运动呈现出两个大的旋涡，如图 6所示．两个旋涡分别位于下管箱的左、右两侧(其中靠近下行床一侧为右)，大小尺度相当，但是所含颗粒量不同，右侧旋涡所含的颗粒量要明显高于左侧旋涡．两个旋涡的旋转方向相反，其中夹带了下管箱中绝大部分的颗粒．旋涡中的颗粒在靠近管箱壁面处向下运动，在靠近管箱中心处向上运动．旋涡中向上运动的颗粒，在惯性的作用下，部分被旋涡带入到加热管束中．左侧的旋涡虽然含颗粒较少，但旋转速度快于右侧旋涡，因此，单位时间由两个旋涡带到各加热管中的颗粒量基本相当，使管束中颗粒的分布较为均匀．通气量增加时，旋涡转速加快；颗粒量增加时，旋涡的面积增大，两个旋涡逐渐向管箱中心汇聚．颗粒旋涡的形成，反映了下管箱中的流场，即中心处流速较高，颗粒向上运动，壁面处流速较低，颗粒向下运动，进而形成旋涡．由于旋涡的流速及其中颗粒含量的分布，可以满足管束中颗粒的均匀分布，因此在一定的操作条件下，无需在下管箱中设置分布板，这样有利于降低循环阻力．图 6中颗粒为聚甲醛，其加入量为1.0%，通气量为8.6,m3/h．2.1.4 加热室上管箱中颗粒的流动形态由上管箱通气时，颗粒在随流体流出加热管束后，在上管箱中形成循环流动．靠近上管箱前、后两个壁面，流体速度较低，颗粒向下运动，靠近管箱中心流速较高处的颗粒则向上运动．在颗粒加入量和通气量一定的条件下，随着颗粒密度的增大，颗粒在上管箱中分布的不均匀程度逐渐增加．即颗粒密度较低时，颗粒较为均匀地分布在整个管箱中，随着密度的增大，颗粒则大部分集中在上管箱的中部，如图 7所示．图7中颗粒分别为树脂、聚甲醛和陶瓷球1．由于上管箱中流动截面较大，流速较低，因此颗粒含率较高．若设备突然停车，则大量颗粒将回落到加热管束．若加热管中附着有一定的垢层，由于密度较大的颗粒主要集中在管箱中部，则其更容易造成管路堵塞．2.2 操作参数对加热管束压降的影响2.2.1 通气量对管束压降的影响在颗粒加入量一定的条件下，随着通气量的增加，加热管束中液-固两相流压降增大，但对于不同的颗粒，压降增加的幅度不同，如图 8所示．树脂颗粒压降增加的幅度较大，而陶瓷球和玻璃球压降增加的幅度较小．上述压降变化规律其原因如下：通气量的增加，将增加自然循环的推动力，使加热管束中流体流速增加，同时也加大了颗粒与加热管壁面的碰撞和摩擦，这些因素将导致加热管束中液-固两相流的压降增大；但另一方面，加热管束中的压降随着颗粒含量的增加而增大，而循环流速的提高，降低了颗粒的含量，这将导致管束压降降低．由于两种因素中，升高压降的因素起了主导作用，因此，管束中液-固两相流的压降随着通气量的增加而增大．气量增加时，密度较大的陶瓷球颗粒和玻璃球颗粒的流化程度进一步增加，管束中颗粒含量降低，因此压降增加幅度较小；而密度较低的树脂颗粒在较低的气量下就可以实现很好的流化，因此气量增大时，管束中的颗粒含量变化不大，所以压降增加的幅度较大．2.2.2 颗粒加入量对管束压降的影响在通气量一定的条件下，增加颗粒加入量，对于管束中液-固两相流的压降有两方面的影响．一方面，颗粒加入量增加，使加热管中颗粒含率增加，这将增大管束中液-固两相流的压降；但另一方面，颗粒加入量的增加，又会增加循环阻力，降低流体循环速度，这又将导致管束压降的降低．在这两方面因素的共同作用下，管束压降随着颗粒加入量的增加而增大，但是增加的幅度不大，如图9所示．2.2.3 颗粒种类对管束压降的影响图 10比较了在相同的颗粒加入量下，不同的颗粒对管束中液-固两相流压降的影响．不同颗粒正常流化所需的最小通气量不同，沉降速度较小的聚甲醛和树脂需要的最小通气量较小，而沉降速度较大的陶瓷球和玻璃球需要的最小通气量较大．另外，从图中还可以看到，在相同的颗粒加入量下，随着通气量的变化，不同颗粒的压降数值互相交错．这是因为，管束压降随着管束中颗粒含率和循环速度的增加而增大．通气量相同时，由于沉降速度较小的颗粒较易流化，管束中颗粒含率较低，而循环速度较高；沉降速度高的颗粒不易流化，管束中颗粒含率较高，而循环速度较低．因此，两相流压降随着颗粒种类的变化没有明确的趋势．2.3 压降模型的建立在实验研究的基础上，分析了影响加热管束压降的主要因素，包括管长 l、管路当量直径ed、管壁粗糙度ε′、液相密度ρ、液相黏度μ、液体循环速度u、颗粒当量直径pd、颗粒密度sρ和颗粒含率ε等，并采用无量纲数群的方法建立了加热管束中液-固两相流的压降模型，即模型的平均绝对回归偏差为 8.6%，适用范围为1.1× 104 ＜ Re ＜3.8× 104，模型计算值与实验值比较如图11所示．(1)通气位置对固体颗粒在加热管束中的分布影响显著．空气由下管箱加入时，有必要设计和安装适宜的分布板．(2)随着通气量和流体循环速度的增加，流化床下部水平管中颗粒的流化程度增加．(3)上、下管箱中颗粒的运动和流化形态不同：在上管箱中，颗粒形成中心上升、四周下降的循环运动，并且随着其密度的降低，颗粒在上管箱中的分布逐渐趋向均匀；在下管箱中，颗粒在管箱中心轴的两侧形成两个大的旋涡，且靠近下行床的一侧的旋涡中所含颗粒较多，旋涡的旋转速度随着气体加入量的增加而增大．(4)加热管束中液-固两相流的压降随着通气量的增加而增大，且密度较小的颗粒，压降增加的幅度较大；随着颗粒加入量的增加，加热管束的压降增大，但幅度较小．(5)建立了加热管束中液-固两相流的无量纲压降模型，模型的平均绝对回归偏差为8.6%．符号说明：【相关文献】［1］ Schmidthe H，Klaus G. Circulating particles in a forced-circulation evaporator：A process for avoiding fouling[J]. Chemical Ingenieur Technic，1990，62(10)：840-842. ［2］陈健生，李修伦，刘姝虹. 气-液-固三相流动沸腾传热计算与实验研究[J]. 化工学报，2002，53(2)：139-143. Chen Jiansheng，Li Xiulun，Liu Shuhong. Study on flow boiling heat transfer correlation of vapor-liquid-solid three-phase flow[J]. Journal of Chemical Industry and Engineering，2002，53(2)：139-143(in Chinese).［3］张少峰，刘燕. 换热设备防除垢技术[M]. 北京：化学工业出版社，2003. Zhang Shaofeng，Liu Yan. Preventing and Cleaning Fouling Technique for Heat Transfer Equipment [M]. Beijing：Chemical Industry Press，2003(in Chinese).［4］ Wen J P，Zhou H，Li X L，et al. Performance of a new vapor-liquid-solid three-phase circulating fluidized bed evaporator[J]. Chemical Engineering and Processing，2004，43(1)：49-56.［5］姜峰，贾丽云，刘明言，等. 液固两相流动系统中固体颗粒浓度和速度的 CCD测量[J]. 天津大学学报，2004，37(1)：1-5. Jiang Feng，Jia Liyun，Liu Mingyan，et al. CCD measurement of the concentration and velocity of the particle in liquid-solid two-phase flow system [J]. 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用压差变化阈值确定外循环流化床的起始外循环流化速度
因此 ，非循 环 流化 比循环 流化 时 压差迅 速
降低 ，可用 流化 床 压差 的 变化来 确定初 始循环
流化 速度 。这 是 因为随 着表 观液 速 的降低 ，刚
小液速 ，是外循环流化床正常操作的重要参数 之 一 。传 统 的认识 仅是 该 速度大 于颗 粒 的终端
速度 。 ｈ ｎ Ｚ ｅｇ和 Ｚ ｕ】 ２０ 年 首 次提 出起始 ｈ ［于 ０ １
究对强制循环条件下的外循环流化床的起始外
循 环流 化速度 尚缺 乏深 入 的研究 ，本 文 以流化
循环流化速度的概 念，对床径 ７ ６ｃ ． ２ｍ，床高 ２７ 加人多种颗粒下的液固循环流化床 的起 ．ｍ，
始循 环流化 速度 作 了实验 研究 ，得 出在 以水 为 液相 ，室 温操作 条 件下 ，起始 循 环流化 速度 是 颗 粒终端 速度 的 １ １ 。早 在 １８ 年 Ｆ ｎＩＳ ．倍 ９７ ａ
Ⅷ
图 ｌ 气液 固外循环流化床实验流程 ｌ 一气体压缩机 ２ 稳压罐 ３ 一气体转子流量计 ４ 一压力传感器 ５ 一液体转子流量计 ６ 一信号分析仪 ７ 一颗粒加入 口 ８ 一液 固分 离器 ９ 排气管 一 ｌ一 气液分离器 ｎ一 高位 槽 ｌ一储 水槽 ｌ一循环泵 ｏ ２ ３ ｌ～ 阀门 ｌ一 测试管 ｌ一 颗粒 排放管 ４ ５ ６
器、 颗粒下 降 管 、 平管 和测 试管 循 环流动 ； 水 水 经过 循环 泵 、水平 管 、测 试管 和气 液分 离器 完 成 一次循 环 流动 。实 验采 用转 子 流量计 测量 液
外循环流化床换热器内最大颗粒循环流量的实验研究术
维普资讯
４ ４
外循 环流 化床换 热器 内最 大颗粒循 环 流量 的 实验研 究
的循环使用 ， 水则返回液体储槽进入下一次循
外循 环流 化 床换 热器 的最大 颗粒 循 环流 量
是考察循环流化床 颗粒循环效果的重要参数 。 阿达来提 ・ 阿不都热 合曼… 等对快速 循环 流 化床中的颗粒循环流量进行了研究 ，得出颗粒 循环流量在快速循环流化床 中处 于相对稳定状 态 。但多管外循环流化床的液流速度较慢 ，利 用 喷嘴来 完成 循 环 ，对 颗粒 循环 流 量 的研究 报
１ 实验
图 １ 实 验 流 程
ｌ 储水槽 ２ 离心泵 ３ — 一 一液体转子流量计 ４ 喷嘴 一
５ 一下管箱 ６ 一计算机 ７ ｃ 一ｃ Ｄ摄像头 ８ 一换热管束 ９ 上管箱 一 ｌ一旋 液分离器 ０ ｌ一 颗粒收集 简 ｌ
１ １ 实 验流 程 ．
实验 流程 如 图 １ 示 。水 由泵 从储 水 槽送 所
道还 很少 。因此 本文 设计 了用 于液 固外循 环 流
化床颗粒循环 的喷嘴循环装置 ，并通过实验考
察 了循环 液体 流量 、喷嘴 直径 、喷 嘴安装 位 置 以及 液体粘 度 等对 外循 环 流化 床 最大 颗粒 循 环 流量 的影 响 ，为液 固外 循环 流 化床 换 热器 的设 计 与运 行提供 参 考 。
外循环 流 化床 最 大颗 粒循 环 流量 ，并 考 察 了喷 嘴 直径 、喷 嘴 安 装位 置 以及 液 体 粘 度 对 外循 环流化 床 内最 大颗粒 循 环流 量 的影 响 。 结果表 明 ：喷嘴 直径 及 其 安 装位
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。
气液固流化床性能测定实验心得
气液固流化床性能测定实验心得我进行了一系列关于气液固流化床的性能测定实验，以下是我的心得体会：首先，在实验前，我们需要对气液固流化床的原理和性能进行了解。
了解了流化床的工作原理以及液体和固体颗粒的特性之后，我对实验的设计有了更深入的理解。
在实验中，我选择了四种不同颗粒直径的固体颗粒进行了测试，并使用不同流速和液体浓度的条件进行了实验。
其次，实验中我发现了一些需要注意的问题。
首先是对实验数据的准确记录。
由于实验涉及到多种参数的测量，如颗粒床压力、颗粒床温度、颗粒床密度等，所以我在实验进行过程中注意记录每一次数据的变化，并及时校对和修正。
其次是实验过程中的安全问题。
由于气液固流化床的操作需要涉及到气体和液体的使用，所以我们需要佩戴合适的防护设备，并注意操作的安全性。
在实验中，我发现了一些有趣的现象。
首先是流化床的颗粒床高度与床压力的关系。
通过改变颗粒的直径和流速，我发现颗粒床的高度与床压力呈正相关关系。
其次是颗粒床的温度分布。
通过测量颗粒床不同位置的温度，我发现床温在上部较低，在床底部较高。
这是因为床底部有燃烧反应产生的热量，使得床底温度较高。
此外，我还观察到了液体的浓度对固体颗粒床的扩散性能的影响。
通过改变液体浓度，我发现液体浓度越高，颗粒床的扩散效果越好。
在实验过程中，我也遇到了一些问题。
首先是操作实验设备的熟练度。
由于实验设备较为复杂，需要对流体力学和热力学等知识有一定的了解，所以在操作设备时需要格外小心，避免出现意外。
其次是实验数据的处理。
由于实验数据的收集和处理过程较为繁琐，所以在处理数据时需要认真仔细，以保证结果的准确性。
最后，通过这次实验，我对气液固流化床的工作原理和性能有了更深入的了解。
我了解到流化床在化工工艺中的广泛应用，并认识到了流化床在工业生产中的重要性。
我也进一步熟悉了实验操作的流程和步骤，并学会了如何正确处理和分析实验数据。
通过这次实验，我提高了对化工实验操作和数据处理的能力。
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。
化工基础实验 固定床和流化床实验
实验装置
12
四、注意事项
• 在全部的操作中，流量调节是关键，要求流量调节要缓 慢，由其是在临界流化点附近要更加缓慢，做出流化曲 线的全部过程，至少要做15—20个点左右，点并均匀分 布。
• 由于实验完毕后，床层颗粒的孔隙率增大，为了使下一 次实验数据准确性好些，用手轻轻拍一下床体，使固体 的孔隙率减小，床层高度为实验前原有的高度。
•
测定两系统的临界流化速度即wmf。
3
二、实验原理
1.流态化现象 当一种流体自上而下流过床层时，随着流速的增大会出现三种不同的情况：
A、 固定床阶段 当流体通过床层的空塔速度较低时，若床
层空隙中流体的实际流速u小于颗粒的沉降速 度ut，则颗粒静止不动，颗粒层为固定床。
4
如图 a 所示，床层高度为L0。
8
流化床压力与气速的关系
log
固定床
流化床
带出开始
C
B
A
D
A 起始流化速度
带出速度
logu
图 3-28 流化床压力降与气速关系
9
三、实验装置图
图2 气固系统ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ程图
1.鼓风机 2.孔板流量计 3.孔板压差计 4. 压差计
10
5.床身 6.接收管 7.旋风分离器 8.按钮开关
图2 液固系统流程图 1. 旋液分离器 2. 接收器 3.床身 4. 压差计 5. 孔板压差计 6.水槽 7.水泵 8. 孔板流量计 9. 按钮开关 11
L
L0
Lmf
气体或液体气体或液 液体
a 体b
c
稀相
区
L
气泡
相乳化
相
气
气体或液
体d
循环流化床流体动力特性研究
循环流化床流体动力特性研究循环流化床（CyclicFluidsizedBeds）是在一个充满着悬浮颗粒固体的流体称为基体（carrier）中，利用气体提供动力，并在流体流动的过程中使悬浮颗粒固体组成一个流动的均质系统。
循环流化床利用自身的流量特性，可以达到反应的物理化学变化，从而实现所需的产品加工以及其他工艺操作。
循环流化床流体动力特性是其运行效率和可控性的重要因素，因此有必要对其特性进行研究。
循环流化床流体动力特性研究主要集中在流体温度特性、流场结构特性、流速场特性以及流变特性几个方面。
首先，流体温度特性是指循环流化床流体的温度在流体外环境温度变化时如何反应，其衡量标准是温度上升曲线。
其次，流场结构特性是指在不同的流体流速条件下，混合分散系统中流体流动的均质状态以及混合物的不均匀性。
第三，流速场特性指在循环流化床流体中，流体流速随位置和方向的变化规律。
最后，流变特性指循环流化床流体流变特性，即在特定的温度和流速条件下，流体的粘度是如何变化的。
研究循环流化床流体动力特性的实验方法主要包括对流体速度场、流体温度场以及流体流变特性的实验测量分析，以及使用数值模拟的方法来分析不同的实验条件下的流体流动特性。
实验中首先需要采集循环流化床流体的温度、流速以及其他指标数据，用于确定流体温度特性、流场结构特性、流速场特性以及流变特性。
此外，对煤气等对温度更敏感的流体进行实验时，需要注意控制温度、湿度及相关参数的变化，以此来更精确的模拟实际运行条件。
循环流化床流体动力特性的实验结果可以用于研究流体流场的稳定性，以及提高循环流化床流体在不同运行条件下的运行效率。
结合试验结果可以更好的设计和优化循环流化床流体，使其能够更有效地实现反应过程，从而提高循环流化床流体的运行效率和生产效率。
综上所述，循环流化床流体动力特性的研究具有重要的意义，为优化循环流化床的性能和可控性提供了重要的理论依据。
循环流化床流体动力特性的研究需要考虑不同的参数，以及实验室和数值测试的介入，以确定循环流化床的运行效率和可控性。
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：
流化床锅炉外循环量的调整与控制研究
流化床锅炉外循环量的调整与控制研究王大军1．概述根据现有设计理论与锅炉实际运行经验得知：流化床是在一个特殊的气固两相流动体系中，发生高速度、高浓度、高通量的固体物料流态化、循环过程，同时发生高强度的热量、质量和动量传递；循环流化床内部气体和固体颗粒的相对运动行为对锅炉的燃烧过程和传热过程起决定性作用。
2．流化床锅炉的循环过程研究表明：流化床锅炉物料存在内循环与外循环过程，且物料的内循环量大于外循环量（存在数量级的差别）；在锅炉的热力设计上，实际的水冷壁的换热系数与锅炉内的烟气速度与颗粒浓度等因素有关，不同的水冷壁区域其数值不同，这关系到锅炉的实际负荷量能力与实际需求燃煤量；对流化床锅炉物料内循环量而言，主要有以下因素决定：1．入炉煤的粒径分布；2．煤的燃烧成灰特性（包括爆破、硬度、磨损等）；3．石灰石的粒径分布与石灰粉加入量；4．外循环量；5．过剩空气系数；6．大渣的排除方式；7．飞灰再循环（如果有）；流化床锅炉高效旋风分离器能够捕捉离开炉膛的床料，这些炽热颗粒经过回料系统再循环回炉膛，构成了一个外再循环回路，对物料外循环量而言，主要有以下因素决定：1．过剩空气系数；2．分离器的数量；3．分离效率；4．分离器的阻力偏差；5．回料器的连续输送量；6．回料向外排放；7．大渣的方式；8．飞灰再循环（如果有）；3．流化床锅炉的床料质量床料质量：在实际运行时，床料中颗粒在各段粒径范围内有确定的动态分布；良好的床料质量对稳定燃烧、正常传热十分重要，是流化床正常运行的关键；CFB锅炉运行时，通过加入燃料、石灰石、沙、飞灰再循环、大渣的排除等过程，床料质量在动态变化，所以临界流化风量也将动态变化；物料的粒径分布（密度、当量直径）对流化风量的影响十分明显，当床料质量恶化后，临界流化风量将变大，造成运行困难，在低负荷时床温均匀性与温度差异变化尤其显著；总体来讲颗粒直径为１～８mm份额力求最大85%；实践发现：细颗粒１～３mm，对７-15mm颗粒，具有润滑作用；通常床料质量恶化后，运行时可以通过床料置换（加沙），加以处理；不同的炉型、破碎方式、配风方式、排渣方式和运行习惯对物料的粒径动态分布影响重大，对该问题的彻底研究，可以提高锅炉运行水平；首先在破碎阶段必须控制粒径分布，筛分系统十分关键，优化的系统设计是解决问题的关键；在破碎阶段，防止过破碎同样十分重要，它可以防止后燃，减少炉膛上部、分离器的燃烧份额；4．流化床锅炉循环物料的平衡通常如果进入炉内的灰量等于飞灰量与排渣量之和，就能保持循环物料的平衡，运行中控制排渣量的原则是循环物料平衡，与锅炉负荷密切相关。
液固提升管—移动床系统流动特性研究的开题报告
液固提升管—移动床系统流动特性研究的开题报告一、研究背景液固提升管—移动床系统是一种新颖的固液分离技术，广泛应用于化工、医药、食品等领域的生产中。
该系统通过提升管将固体床颗粒带至顶部，再通过自然落下的方式实现物料与液体的接触，使得固液在系统中发生反应、分离或吸附等过程。
然而，在该系统中，固体床颗粒的移动对于物料的传递速度、传递路径和分布状态起着至关重要的作用。
因此，深入研究液固提升管—移动床系统的流动特性对于了解其工作原理、优化系统设计具有重要意义。
二、研究目的本研究旨在通过实验和模拟研究液固提升管—移动床系统的流动特性，包括颗粒移动速度、传递路径和分布状态等方面的影响因素以及对系统效率的影响，并探讨优化系统设计的方法。
三、研究内容和方法1.实验研究本研究将建立液固提升管—移动床系统实验装置，通过改变液体流速、固体床颗粒大小和床高等参数，考察不同因素对于颗粒运动速度、传递路径和分布状态的影响，并研究这些因素对系统效率的影响。
实验数据将通过数据处理和统计分析的方法进行系统地比较和总结。
2.数值模拟本研究将采用计算流体力学方法建立液固提升管—移动床系统的数值模型，通过对系统中物质流动的数值模拟，反映系统中液体和固体颗粒的分布状态和流动特性。
同时，将对不同参数对于系统效率的影响进行分析。
四、研究意义本研究通过实验和模拟研究液固提升管—移动床系统的流动特性对于深入了解该系统的工作原理、优化系统设计具有重要意义，将为实际生产提供重要的技术支持，有助于提升该系统的性能和效率。
五、研究进展计划本研究将分为以下三个阶段进行：1.阶段一：梳理文献，明确研究目的，建立实验室实验装置和数值模型。
2.阶段二：进行实验和数值模拟研究，获得相关数据。
3.阶段三：对实验和数值模拟研究数据进行统计分析、综合分析，并撰写论文。
注：以上计划仅供参考，具体内容还需结合实际情况制定。
气液固流化床性能测定实验心得
气液固流化床性能测定实验心得在中学阶段，我们学习了许多关于物理、化学等学科的知识，这些知识为我们今后的学习和工作打下了坚实的基础。
最近，我参加了学校组织的气液固流化床性能测定实验，通过这次实验，我对气液固流化床有了更深入的了解，也收获了许多宝贵的经验。
首先，我对气液固流化床有了更清晰的认识。
气液固流化床是一种高效的传质和反应设备，广泛应用于化工、环保等领域。
在实验过程中，我们通过观察床层的温度、压力、物料流动等参数，分析了气液固流化床的传质和反应机制。
通过实验，我明白了气液固流化床在工业生产中的重要性，也为今后从事相关领域的研究奠定了基础。
其次，我在实验过程中学到了许多实验技能。
在实验前，我们需要认真学习实验原理和操作规程，掌握实验室安全知识和基本实验技能。
在实验过程中，我们要认真记录数据、观察现象，并及时处理实验中遇到的问题。
通过这次实验，我学会了如何正确使用实验仪器、如何准确地测量数据以及如何分析实验结果。
这些实验技能不仅对学术研究有帮助，而且对我们今后的生活和工作也具有重要意义。
此外，我还体会到了团队合作的重要性。
在实验过程中，我们需要与同学们密切配合，共同完成实验任务。
每个人承担不同的责任，共同保证实验的顺利进行。
在这个过程中，我们学会了如何与人沟通、协调和合作，培养了团队精神和协作能力。
这些品质对我们今后的学习和工作都具有重要意义。
最后，我想说的是，这次实验让我深刻体会到了实践是检验真理的唯一标准。
通过亲身参与实验，我更加坚定了自己对气液固流化床研究的兴趣和信心。
我相信，在今后的学习生活中，我会继续努力，不断提高自己的实践能力和综合素质，为祖国的发展贡献自己的一份力量。
总之，这次气液固流化床性能测定实验让我受益匪浅。
我将继续努力学习，不断提高自己的专业素养和实践能力，为实现中华民族伟大复兴的中国梦贡献自己的一份力量。
流化床反应器流动特性测定实验
流化床反应器流动特性测定实验一、实验目的1）观察聚式和散式流态化的实验现象，学习流体通过颗粒床层流动特性的测量方法；2）测定流化曲线（ p~u曲线），作出流化曲线图，确定临界流化速度u mf；3）测定临界流化速度，并作出流化曲线图。
二、实验原理流态化是一种使用固体颗粒通过与流体接触而转变成类似于流体状态的操作。
近年来，这种技术发展很快，许多工业部门在处理粉粒状物料的输送、混合、涂层、换热、干燥、吸附、煅烧和气---固反应过程等过程中，都广泛地应用了流态化技术。
1、固体流态化过程的基本概念如果流体自下而上地流过颗粒层，则根据流速的不同，会出现三种不同的阶段，如下图所示：固定床流化床气力输送流化过程的几个阶段1）固定床阶段如果流体通过颗粒床层的表观速度（即空床速度）U较低，使颗粒空隙中流体的真实速度U1 ,则小于颗粒的沉降速度U t 则颗粒基本上保持静止不动，颗粒称为固定床。
2）流化床阶段当流体的表观速度U加大到某一数值时，真实速度U1比颗粒的沉降速度U t大了，此时床层内较小的颗粒将松动或“浮起”，颗粒层高度也有明显增大。
但随着床层的膨胀，床内空隙率ε也增大，而U1=U/ε，所以，真实速度U1随后又下降，直至降到沉降速度U t为止。
也就是说，在一定的表观速度下，颗粒床层膨胀到一定程度后将不再膨胀，此时颗粒悬浮于流体中，床层有一个明显的上界面，与沸腾水的表面相似，这种床层称为流化床。
因为流化床的空隙率随流体表观速度增大而变化，因此，能够维持流化床状态的表观速度可以有一个较宽的范围。
实际流化床操作的流体速度原则上要大于起始流化速度，又要小于带出速度，而这两个临界速度一般均有实验得出。
3）颗粒输送阶段如果继续提高流体的表观速度U，使真实速度U1大于颗粒的沉降速度U t，则颗粒将被气流带走，此时床层上界面消失，这种状态称为气力输送。
2、固体流态化的分类流化床按其性状的不同，可以分为两类，即散式流态化和聚式流态化。
液固流化床流动结构及分形重构的研究的开题报告
液固流化床流动结构及分形重构的研究的开题报告一、研究背景和意义液固流化床是一种工业上常见的反应器，具有高效、节能、环保的特点，已广泛应用于化工、食品、制药等领域。
液固流化床的流动结构对其传质、反应等过程具有很大的影响，因此研究液固流化床的流动结构是优化反应过程的必要条件。
同时，在研究过程中发现，液固流化床流动结构具有分形特征，这为研究液固流化床的流动结构提供了新的思路和方法。
本研究旨在深入探究液固流化床的流动结构及其分形特征，并利用分形重构的方法对流动结构进行数值模拟和重构，以期提高反应过程的效率和质量，为工业生产的发展做出贡献。
二、研究内容本研究主要包括以下内容：1. 液固流化床的流动结构及其特征：利用计算流体力学（CFD）方法对液固流化床的流动结构进行模拟和分析，探究其流动特征和规律，建立模型和算法。
2. 液固流化床的分形特征：运用分形理论对液固流化床的流动结构进行研究，分析其分形特征和规律。
3. 基于分形重构的液固流化床的流动结构研究：利用分形重构方法对液固流化床的流动结构进行数值模拟和重构，优化反应过程的效率和质量。
三、研究方法和技术路线本研究将采用以下方法和技术路线：1. CFD模拟方法：利用CFD模拟方法对液固流化床的流动结构进行模拟和分析，建立模型和算法，研究其流动特征和规律。
2. 分形理论方法：应用分形理论对液固流化床的流动结构进行研究，分析其分形特征和规律，为后续分形重构提供基础。
3. 分形重构方法：利用分形重构方法对液固流化床的流动结构进行数值模拟和重构，优化反应过程的效率和质量。
四、预期成果1. 对液固流化床的流动结构及其分形特征进行深入研究，为实际应用提供理论基础和优化方案。
2. 利用分形重构方法对液固流化床的流动结构进行数值模拟和重构，提高反应过程的效率和质量。
3. 发表高水平学术论文若干，为该领域的研究做出贡献。
五、研究进度计划本研究计划为期三年，计划各阶段工作如下：第一年：对液固流化床的流动结构及其分形特征进行分析和研究。
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ｌｍ Ｏ ｍ和 一 ０ ｍ；初 始颗 粒 加 入量 （ 固体 ２ｍ 即
颗粒加入 量换 算 为 固体 粒子 在全 部循环 空 间 内 的 平 均 体 积 百 分 数 ）为 ０７ ％ 、 １２％ 、 ．５ ．５ １７ ％ 和 ２０ ；液 体 粘 度 为 １ Ｐ ｓ １５ ．５ ．％ ｍ ａ・ 、 ．
固外循 环 流化床 换 热 器为研 究对 象 ，考察 了颗粒 直径 、 口径 比 、喷嘴 安装 位置 、颗
粒初始 加入 量及 流体 粘度 对起 始外 循 环 液体 流 量 的影 响 ；得 出 了稳 定操 作 情 况 下 ， 液 固外循 环流化 床换 热 器起 始外循 环 液体流 量与上 述 因素之 间 的经验 关联 式。 结果
１ 实验
流型 间转 换 的 临 界 速 度 计 算 式 。 张 少 峰 、王 琦 等 认 为 ，起 始 外 循 环 流 化 速 度 是 影 响 气 液 固外 循 环 流化 床 正 常操 作 的重 要参 数 之 一 。 而对 于大 颗粒 （ 般 指 直 径大 于 １ ｌ 一 ｉｎ的颗 粒 ） ｎ
表 明 ：计 算值 与 实验 值 吻合较 好 。
关键词 换热器 液 固外循 环流化 床 全床 压 降 喷嘴
起 始外循 环 流化速 度是 流化 床 的重要 动力 学 特性 ，它指 的是 颗粒 克服 重力 随 液体流 出床 体 即进 入外循 环 流化状 态 的最小 液 速 ，是 外循 环 流化 床正 常操 作 的重 要参 数之 一 。起始 外循 环 流化 速度对 应 的全床 液 体流 量 即为起始 外循
维普资讯
６ ２
液 固外循 环流化床 起 始外循 环 液体流 量 的 实验研 究
液 固外 循 环 流 化床 起 始 外 循 环 液 体 流 量 的 实 验 研 究
刘 燕 ’ 张 少峰 魏建 明 李金 红
（ 北工业大学化工学院 ） 河
摘
要 为外循 环 流化床 换 热 器的设计 计 算提 供依 据 ，以喷 嘴 为颗粒 循环 装置 的液
制 了气 固流态 化系统 的流型 区域 图 ，得到 了各
这类 流化床 。本 文 以喷嘴 为颗 粒循环 装置 的液 固外循 环 流化床 换热 器为 研究对 象 ，考察 了颗 粒直 径 、 口径 比 、喷 嘴安 装位 置 、颗粒初 始加 入 量 及 流 体 粘 度 对 起 始 外 循 环 液 体 流量 的影 响 ，并用 因次 分析 法得 出 了起 始外 循环 液体 流 量 的经验 的设 计计 算提 供依 据 。
在工业生产过程中 ，液固流化床换热器一般用
于黏 度较 高 的物 料场 合 ，因此 ，在 实验过 程 中 对 液体 的黏 度用甘 油进 行 了调整 。 实验操 作条 件 ：固体 颗粒 直径 ｄ 为 １ ｍ、 。 ｍ ２ ｍ 和 ３ ｍ； 口径 比 ｄ／ ２为 ０ ３ 、０ ３５ ｍ ｍ 】ｄ ．５ ．７ 和 ０４ ． ；喷 嘴 安 装 位 置 为 ｌｍ Ｏ ｍ、Ｏ ｍ、 ｍ
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《 工装 备技 术》 第 ２ 化 ９卷 第 １ ２ ０ 期 ０ ８年
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径为 ２ｍ ５ ｍ，呈 正 三 角 形 排 列 ，管 间 距 为 ３ｍ ２ ｍ。设 置喷 嘴 的 目的 是 控 制 颗 粒 循 环 量 ，
但喷嘴 的安装 位 置对 流态 化操作 至关 重要 ，合 理 的喷 嘴结 构 设计 有利 于 形成 稳 定 的流 态化 ，
约为 ｌ ０倍 ，已有 的研 究 结论 还 不 能完 全 用 于
环液体流量。Ｚ ｅｇ Ｚ ｕ ｈｎ 和 ｈ …于 ２０ 年首次提 ０１ 出初 始循 环 流化速 度 的概 念 ，对 床径 ７６ ｃ ．２ｍ， 床高 ２７ ． ｍ，加入颗粒直径约 ５０ｘ 的液固循 ０１ ｍ 环 流 化床 的起 始循 环 流 化 速 度作 了实验 研 究 ，
循 环流 化床 而言 ，流动 状 态有其 独特性 ，与传 统 的流化床 有 明显不 同 。例如 ，在本 文所考 察 的 以换 热器 或蒸 发器 的强 化传热 和 防除垢 为背 景 的气 液 固流 动过 程 中 ，颗 粒直 径 在 １ ４ ～ ｍｍ 之 间 ，且颗 粒直 径 与 床 径 之 比大 约 为 ００ ．４～ ００ ，与其他研 究 者所研 究对 象 的 比值 相 比大 ．８
得 出在 以水 为液 相 ，室温操 作 条件 下 ，起 始循 环 流化 速 度 是 颗 粒 终 端 速 度 的 １１倍 。早 在 ． １８ ９７年 Ｆｎ等 以泥 浆 鼓 泡 床 和气 液 固 三 相 ａ 流化床 为例 绘制 了系 统 的操作 区域 图 ，从填 充 床 、膨 胀床 到输 送床 三个 区域 ，标 明了区域 间 的边 界 速 度 曲线 。 Ｂ 和 Ｇａｅ 于 １９ ｉ ｒｃ ９５年 绘
ｍ ａ ｓ ２ Ｐ ・ 、 ． ｍＰ ・ Ｐ ‘ 、 ｍ ａ ｓ ２ ５ ａ ｓ和 ３ ａ ｓ ｍＰ ・。
图 ｌ 外 循化 流化床换热器流程
甚 至是 能否循 环 流化 的关键 。喷嘴 的结构 及安 装 位置 如 图 ２所 示 。
管及 喷嘴 ，完成 液 相循环 。 实 验物 系采 用 水 一刚玉球 形 成 液 固两相 ， 液相 为室 温下 的 自来 水 ，固相 采用 刚玉球 ，液 固两 相密 度分 别 为 １０ ｇｍ ００ ｋ／ 。和 ２５ ｋ 。 ３ｏ ｅ 。 ｊｍ
｝ 刘燕 ，女 ，１７ ９ ｏ年 生，博士研究生 ，讲师 。天津市 ，３０ ３ 。 ０ １０
１ １ 实验 装置 及 流程 ．
实验 装 置如 图 １ 示 。为便 于观察 ，实 验 所 设 备 由 透 明 的 有 机 玻 璃 制 成 。实 验 采 用 内设 ｌ ８根管 的冷模 换热 器 ，每根 管长 １０ ｍ ００ ｍ，内