循环流化床多分离器返料系统颗粒分布特性实验研究

多旋风分离器及返料系统是保证循环流化床锅炉高效燃烧的关键设备,是循环流化床大型化研究的关键部件之一。本文采用电容层析成像技术结合压力测量,对多旋风分离器返料系统内部气固两相流场进行实验研究。通过六旋风分离器冷态循环流化床电容层析成像浓度分布和压力测量,揭示循环流化床多分离返料系统颗粒流动分配特性,为循环流化床锅炉大型化,特别是超临界锅炉多旋风分离器的优化布置提供科学依据,基础实验数据库和技术手段,研究内容将电容层析成像技术的应用扩展到工程设计中,对实际工程起到理论指导的作用。     

顶喷流化床加湿-干燥过程微波层析成像测量

流化床反应器进行药物颗粒混合、制粒和干燥工序中,颗粒含水率通常会在大范围(1%～25%)内变化。为优化生产过程,避免故障发生,需要对流化床内湿颗粒流动进行实时监测。微波层析成像(Microwave Tomography,MWT)技术具有较宽的工作频段,适用于高介电常数和高电导率介质的测量。本文利用16个天线微波层析成像传感器对顶喷流化床加湿-干燥过程进行层析成像测量,得到了不同实验条件下颗粒含水率变化曲线和截面颗粒分布图像。实验结果显示,通过对平均介电常数-颗粒含水率关系的标定,可以准确地在线测量颗粒含水率。同时,微波成像揭示了被测截面颗粒分布特征。在此基础上,结合流化床内压差数据对加湿-干燥过程中颗粒流态变化进行了深入讨论,本研究表明,微波层析成像技术应用于流化床过程监控和关键参数提取具有广泛的前景。     

流化床颗粒制备过程层析成像测量和优化控制

本文基于电容层析成像方法对气固流化床干燥、混合过程进行测量分析,研究循环流化床干燥过程固体颗粒浓度分布、湿度等主要参数随时间的变化规律。其中电容传感器包括8电极圆形传感器,用于流化床颗粒包衣过程浓度分布测量,12-4组合电极用于环核区域颗粒浓度分布测量,基于电容层析测量手段,对制药行业与流化反应有关的过程进行了系统研究,对典型过程进行了优化分析和控制。     

Wurster 流化床内颗粒流动特性实验研究

为研究Wurster流化床内颗粒流动规律,本文利用12-4-8组合电极电容层析成像(Electrical Capacitance Tomography,ECT)传感器对Wurster流化床冷态实验和加湿实验过程进行监测,得到了ECT重构图像以及颗粒浓度时变曲线。首先,根据冷态实验数据比较了不同操作条件下流化床内颗粒流态和浓度波动特性;在此基础上,通过加湿实验数据分析了包衣液流率对于颗粒流动的影响。本文研究表明,ECT传感器适用于Wurster流化床过程关键参数在线测量和故障诊断,从而为反应过程的优化提供支持。     

循环流化床多旋风分离器入口电容层析成像测量

旋风分离器是循环流化床锅炉的关键部件之一,其分离性能将直接影响整个循环流化床锅炉的总体设计及锅炉的运行性能.大型循环流化床锅炉采用多个旋风分离器与炉膛出口并联布置实现气固分离.研究其分离系统的气固两相流动特性可进行旋风分离器的分离性能分析。本文针对600 MW超临界循环流化床锅炉的冷态模型,采用电容层析成像测量技术进行旋风分离器入口烟道内气田两相流固相颗粒浓度测量,在不同床料量和炉膛表观风速下,研究多个旋风分离器入口固体颗粒分布特性,得到不同分离器入口处固体颗粒浓度随流化风速、初始物料量的变化,分析了电容原始信号的波动特性,研究结果对流化床大型化多分离器优化布置提供了支持.     

循环流化床返料系统固体颗粒微波多普勒测量

本文基于微波多普勒速度测量和电容层析成像浓度测量技术,研究循环流化床多分离器系统固体颗粒流量分配特性。其中微波多普勒测量系统主要由微波信号发射和接受天线、微波信号采集系统和分析软件组成.电容层析成像系统由电容传感器和电容采集模块构成。通过微波测量得到颗粒的平均速度,电容层析成像得到颗粒平均浓度分布,将上述两个参数结合,得到固体颗粒的流量。实验结果证实了电容和微波相结合对颗粒返料流率测量的可行性.     

加压循环流化床CPFD数值模拟及电容层析成像测量

数值计算与实验测量相结合,对一套加压循环流化床返料系统内气固流场特性展开研究。基于CPFD方法,以Barracuda软件为计算平台,建立三维全循环数值模型,揭示系统内气固流场特性及颗粒循环流率相关信息。采用电容层析成像技术,对旋风分离器料腿内流场分布状况进行在线实时监测,通过双层电极同步测量结合相关性分析,得到颗粒流速与循环流率。研究表明:数值计算与实验测量所得不同操作压力下颗粒循环流率较为吻合,说明了CPFD三维全循环数值模型的可靠性,ECT结合相关性分析能够不破坏流场条件下实现加压循环流化床颗粒循环流率的测量。     

应用电容层析成象和压差对比法对流化床内固体颗粒浓度分布的测量研究

本文报告了一种可以用于对流化床内固体浓度分布测量的电容层析成象技术。应用这一技术的测量结果,与目前常用的压差法测量结果进行了对比。对在鼓泡流化床的测量结果,二者吻合较好,偏差在８．５％以内;随着流化速度增加,二种测量结果的差距逐渐增加,偏差最大值产生在腾涌流化状态。本文分析了造成偏差的原因,并对二种测量方法的特性进行了讨论。     

增压液幕床流动脉动特性的实验研究

本文设计并搭建了增压液幕床压力监测实验系统,通过调节增压液幕床中的气液流速以及工作压力等参数对增压液幕床中的流动特性进行研究并重点对压差脉动特性及阻力系数变化规律进行分析。通过结合实验数据及理论分析,得出压差脉动强度及阻力系数在不同气液流速和工作压力下的变化规律,并结合烟气脱硫气液吸收反应的原理对最优工作参数进行分析。该研究可为增压液幕床气液反应系统的工业化应用提供重要的设计参考。     

循环流化床固体分布的层析成象测量

电容层析成象是９０年代以来快速发展的多相流研究方法．本文报道应用电容层析成象对循环流化床底部浓度分布的测量研究．本研究在国际上首先实现了矩形流道中的层析成象测量技术．成象中采用了迭代成象算法,明显地提高了复杂流动情况下的成象质量．测量结果显示出循环流化床底部多种气泡和固体分布情况,表明其流态与鼓泡床相吻合．     

电阻层析成像技术在两相流测量中的应用

过程层析成像技术能实时提供封闭管道、容器等过程设备内物场运动状态的二／三维测量信息,它为解决两相流参数的检测问题提供一种新的途径。本文以基于电学敏感原理的电阻层析成像技术为测量手段,实现在多相流实验装置上对气／水、油／水两相流二维／三维时空分布信息的实际测量;介绍了基于测量数据特性分析的在线流型识别技术和相含率的估计方法,应用现代数据处理和模式识别技术进行数据融合与提取,实现两相管流流型识别和分相含率的估计;通过开展相关测量的研究,初步实现两相流中离散相流量的测量。     

动载下水平管内气水两相流流动特性

本文概要介绍了两流体模型及其控制方程,以及自主搭建的动载气水两相流系统实验台.利用气水两相流系统实验台旋转产生的动载条件进行了动载条件下气水两相流动实验,实时测量了空气和水的流量及试验段的压差,并在线测量了气水两相流动窄隙率.结果表明,过载对两相流动特性尤其足流量、压力和压降有显著影响.该研究结果在某种程度上有助于将两相流研究从自然状态扩展到载荷作用状态,同时为动载下气水两相流流动和传热的数值分析和理论研究打下一定基础.     

50 kW_(th)双循环流化床煤化学链燃烧系统

本文对华中科技大学自主设计的50 kW_(th)化学链燃烧双循环流化床进行全床尺度的计算颗粒流体力学(CPFD)模拟。CPFD提供了反应器内气固流动和化学反应的详细信息,不仅是对实验难以测量的细节信息的补充,而且可用于优化实验操作条件和指导反应器设计优化和放大。该实验装置以天然赤铁矿为氧载体,以煤为燃料。首先对床内气固两相反应流动进行分析,比较实验和模拟得到的气相组分出口浓度,验证了CPFD模拟的可靠性。之后重点分析反应器间的固体循环流量、系统压力分布、固相浓度分布、煤转化过程关键信息。最后基于模拟分析,提出了优化操作工况,模拟结果显示可提高CO_2气产率和燃烧效率。本文结果表明CPFD模拟可为化学链燃烧反应器的设计和运行提供重要的参考依据。     

50 kW_(th)双循环流化床煤化学链燃烧系统热态CPFD模拟

本文对华中科技大学自主设计的50 kW_(th)化学链燃烧双循环流化床进行全床尺度的计算颗粒流体力学(CPFD)模拟。CPFD提供了反应器内气固流动和化学反应的详细信息,不仅是对实验难以测量的细节信息的补充,而且可用于优化实验操作条件和指导反应器设计优化和放大。该实验装置以天然赤铁矿为氧载体,以煤为燃料。首先对床内气固两相反应流动进行分析,比较实验和模拟得到的气相组分出口浓度,验证了CPFD模拟的可靠性。之后重点分析反应器间的固体循环流量、系统压力分布、固相浓度分布、煤转化过程关键信息。最后基于模拟分析,提出了优化操作工况,模拟结果显示可提高CO_2气产率和燃烧效率。本文结果表明CPFD模拟可为化学链燃烧反应器的设计和运行提供重要的参考依据。     

油水分散流超声互相关流速测量方法

针对水平管道中油水分散流流速测量问题,提出一种基于超声互相关的测量方法。通过在水平管道上间隔一定距离的上下游安装两对超声探头获取油水两相流流动过程中的随机波动信号,针对离散相和连续相之间的相对滑动,将互相关方法与漂移模型和运动波理论相结合,并考虑流速分布和含率分布对流速测量带来的影响,在连续相不同的情况下分别建立两相流总表观流速的测量模型,并采用油水两相流实际流动状态的实验数据计算模型参数。结果表明,测量模型对流型具有依赖性,漂移速度是离散相含率的函数。通过实验数据对模型进行验证,针对不同流型选取不同参数计算得到的总表观流速与实际流速能够较好吻合,相对误差在6.12%以内。     

差压波动对孔板气液两相流测量的影响

差压波动是气液两相流动的固有物理现象,应用该波动可以测量干度和气液总流量。为了研究差压波动对孔板气液两相流测量的影响,本文在压力0.7~1.0 MPa,气相流量200~400 kg/h,干度0.4~1范围内测量了不同流动工况下的差压波动过程。实验结果表明差压平均值和差压标准差可以反映两相流流动参数的变化,但差压标准差重复性较差;实验范围内差压标准差的重复性变化范围为士0.3%~士18.5%;对于低含液率两相流(LNF0.3%),差压平均值的波动会"掩盖"液相流量变化造成的差压值变化;误差传递会导致总流量的预测误差大于干度的预测误差;对于高干度两相流(x0.5),误差传递会导致液相流量预测误差被放大。     

基于静电耦合电容传感器的颗粒流动速度测量

建立了基于非接触圆环状静电耦合电容传感器的颗粒流动速度测量系统，并对稀相气力输送过程中不同含水率的颗粒进行了流动速度测量实验研究。结果表明：颗粒含水率严重影响静电与电容信号强度；颗粒流动过程中的低速聚团几乎不影响静电互相关速度测量结果，但会使得电容信号互相关速度偏离颗粒流动主流平均速度；通过对电容信号进行加窗处理可以准确提取颗粒流动过程中的主流平均速度和聚团速度。     

蒸发器出口状态热式测量的实验研究

根据热式感应原理,专门设计热式感应传感器,用于测量蒸汽压缩制冷循环中干式蒸发器出口的气液两相流动状态;热式感应传感器的测量数据与蒸发器出口流型、过热度等参数的综合比较分析表明:热式感应传感器可以辨识出蒸发器出口过热蒸汽、雾状流和二者交替三种流动状态.同时,实验数据表明蒸发器出口处于过热蒸汽、雾状流二者交替的过渡区时其换热效率最佳,因此热式感应传感器可以用于作为膨胀阀-干式蒸发器调节回路的反馈信号.应用热式感应传感器对蒸发器出口状态的随机性和周期性波动的测量证明:热式感应传感器动态性能良好,可以实时反映蒸发器出口状态变化.     

湍动流化床内气固两相流动特性的数值模拟

采用欧拉-欧拉双流体模型,颗粒动理学方法模拟颗粒脉动流动和κ-ε双方程模型模拟气相湍流流动,考虑气固两相间耦合作用,数值模拟湍动流化床内气固两相流动行为,获得颗粒浓度和颗粒速度分布.计算结果表明湍动流化床呈现下部密相区、上部稀相区的颗粒分布特性.在密相区,沿床径向方向颗粒浓度在床中心处低、壁面逐渐增高;在稀相区颗粒浓度分布较均匀.沿轴向方向颗粒浓度呈底部浓度高、顶部浓度低的"S"型分布.     

颗粒数方程的求解及流化床数值模拟

流化床内颗粒聚并和破碎将影响颗粒相的流动特性.本文运用基于颗粒动理学理论的欧拉一欧拉气固多相流模型,利用直接矩积分方法求解颗粒数平衡方程,建立颗粒数密度与连续性方程、动量方程之间的关系,数值模拟流化床内两种不同直径颗粒发生聚并时气固两相流动特性。计算结果表明,颗粒聚并伴随着床内颗粒直径逐渐增大,床内颗粒流化状态逐渐变为固定床状态,两种颗粒直径均增加,且小颗粒的体积分数逐渐减小、大颗粒的体积分数增加。当仅考虑聚并过程时增加流化速度将导致床内颗粒体积平均直径变大。随着颗粒密度减小,床内体积平均直径增加。