流化床內(nèi)顆?；旌系膶?shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究.pdf

1、顆?；旌鲜橇鲬B(tài)化基礎(chǔ)研究的經(jīng)典課題之一。經(jīng)過幾十年的研究,人們已經(jīng)定性地認(rèn)識了流化床內(nèi)顆粒混合機(jī)理,但是關(guān)于顆?；旌系亩空J(rèn)識很不一致。以流化床內(nèi)顆粒橫向擴(kuò)散系數(shù)為例,不同研究者報(bào)道的實(shí)驗(yàn)值分散在0.0001～0.1 m2/s。隨著大型循環(huán)流化床鍋爐的快速發(fā)展,床層橫截面不斷加大,定量地認(rèn)識及預(yù)測顆粒橫向混合速率顯得更加重要。
　　 本文結(jié)合實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬對流化床顆粒混合進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究。研究結(jié)果加深了人們關(guān)于顆?；旌蠙C(jī)理的

2、認(rèn)識,更重要的是定量地獲得了顆?；旌纤俾孰S各種操作參數(shù)的變化規(guī)律,特別是流化床寬度對顆?；旌纤俾实挠绊懸?guī)律,并成功地提出了一個(gè)能夠預(yù)測工業(yè)尺寸流化床內(nèi)顆粒橫向擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)聯(lián)式,彌補(bǔ)了人們關(guān)于流化床顆粒橫向混合的定量認(rèn)識的不足。本文的創(chuàng)新性研究成果歸納如下:
　　 (1)由于流化床顆粒混合實(shí)驗(yàn)技術(shù)的困難性,目前有關(guān)流化床顆?；旌系脑敿?xì)可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較匱乏。為獲取三維流化床密相區(qū)顆粒橫向混合數(shù)據(jù),設(shè)計(jì)了一種新的顆粒取樣裝置,該裝置

3、采用由下至上的取樣原理,在床層塌落后借助顆粒自身重力將床料分流到預(yù)先布置好的若干格子中,得到示蹤顆粒的濃度分布。測量結(jié)果在定量上具有很好的重復(fù)性。利用該方法獲取了不同實(shí)驗(yàn)條件下的示蹤顆粒隨時(shí)間和空間分布的詳細(xì)數(shù)據(jù),為定量研究顆粒混合奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　 (2)熱顆粒示蹤法是一種簡便的顆粒混合測量方法,但該方法測得的溫度分布與實(shí)際示蹤顆粒的濃度分布有所偏差。因而,熱顆粒示蹤法的應(yīng)用受到了限制。本文從示蹤顆粒、床料和氣體的質(zhì)量熱

4、量傳遞,以及熱電偶動態(tài)響應(yīng)特性的角度,建立了熱顆粒示蹤模型,并利用上述床層塌落法獲得的顆?；旌蠑?shù)據(jù)驗(yàn)證了熱顆粒示蹤模型的分析結(jié)果。運(yùn)用改進(jìn)的熱示蹤法,針對床料粒徑分別為0.28～0.45 mm、0.46～0.6 mm、0.6～0.8 mm和0.8～1.0 mm的石英砂,在流化風(fēng)速為0.32～2.22 m/s的條件下,測得Dsr的值分布在0.0002～0.0024 m2/s之間。
　　 (3)應(yīng)用CFD-DEM模型研究流化床顆?；?/p>

5、合行為,直觀獲得顆粒的運(yùn)動和混合特性,再現(xiàn)了氣泡在床層中上升、在床層表面爆破、氣泡上升引起的乳化相下沉運(yùn)動對顆粒混合的影響,提高了對顆?；旌蠙C(jī)理的認(rèn)知。將CFD-DEM和氣固反應(yīng)、傳熱傳質(zhì)等過程耦合,建立了基于CFD-DEM的流化床綜合模型。模型追蹤了流化床內(nèi)每個(gè)焦炭顆粒的運(yùn)動、燃燒和質(zhì)量變化過程,并詳細(xì)揭示了床內(nèi)氣體組份濃度的分布。
　　 (4)提出了結(jié)合理想示蹤粒子和雙流體模型的方法計(jì)算顆粒擴(kuò)散系數(shù)的方法,該方法結(jié)合了CFD

6、-DEM模型和雙流體模型的優(yōu)點(diǎn),在追蹤大尺寸流化床內(nèi)顆粒運(yùn)動時(shí)有明顯優(yōu)勢。將該模型預(yù)測值與CFD-DEM模型進(jìn)行定量對比和驗(yàn)證,再運(yùn)用該模型進(jìn)行系統(tǒng)的數(shù)值實(shí)驗(yàn),在流化床寬度為6.4 m時(shí),獲得了不同流化風(fēng)速(0.5～4.5 m/s)、床料粒徑(0.3、0.7和1.5 mm)和靜止床高(0.4、0.8和1.2 m)條件下的Dsr值(分布在0.02～0.47m2/s之間)。在工業(yè)尺寸流化床內(nèi),Dsr為0.1 m2/s數(shù)量級,遠(yuǎn)大于實(shí)驗(yàn)室測得