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。     

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。     

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。     

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.     

流化床非球颗粒混合的形状效应研究

本文建立了横截面200 mm×200 mm,高1200 mm三维冷态流化床实验装置,实验研究非球颗粒形状效应对其混合特性的影响.针对异型颗粒外形差异和尺寸区别,分别设计两组实验,从固体废弃物颗粒特性方面研究其在流化床内的混合规律,重点考察了颗粒自身形状、尺寸对混合质量的影响,并结合颗粒混合动态过程进行研究.结果表明,颗粒球形度越大,在流化床内混合质量越好;密度较大的非球颗粒,其混合质量受形状影响更加明显;非球形颗粒种类增加,混合质量变差,流化气速的适当提高可改善混合质量;低密度非球颗粒及其混合物在床内混合表现出浮升组分特性,受形状影响不明显.     

流化床干燥过程压力和电容层析成像测量分析

流化床干燥过程中床料物质属性和流动状态发生改变较大,单一的压力测量难以提供过程的全面信息。本研究将压力和电容层析成像(ECT)结合,用于干燥过程在线监测,探究不同工况下流化床的波动特性及不同参数对干燥过程的影响。结果表明,压差频谱分布可以反映颗粒密相和气泡相的波动特征;电容层析成像可以用于测量床料湿度和浓度分布。压差和电容层析成像的结合为流化床干燥过程关键参数提取、流动状态在线测量提供了一种新的方法。     

管内气固两相流动的实验和模拟计算

本文基于气固两相流动模型计算循环流化床内的流动．颗粒动理学方法模拟颗粒相湍动．采用γ-射线密度计和非等速取样管测量局部颗粒浓度和流率,利用FFT方法计算颗粒浓度功率谱密度．模拟计算得到上升管内气相和固相速度和浓度分布等．数值模拟计算与实验结果相吻合．     

多层流化床传质浓度分布的研究

本文运用萘升华方法,通过实验测定了流化过程中,多层流化床内萘蒸汽的传质浓度分布,得到萘蒸汽浓度与进气量、颗粒进料量等因旁之间的关系式。为进一步研究多层流化床内气体介质与固体颗粒之间的对流换热系数打下基础。     

数值模拟颗粒旋转对流化床内气固两相流动特性的影响

流化床内颗粒自旋转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-欧拉气固多相流模型,考虑颗粒自旋转流动对颗粒碰撞能量交换和耗散的影响,数值模拟流化床内气体颗粒两相流动特性.计算结果表明颗粒的自旋转使得床内更容易形成气泡,颗粒浓度分布变化增大.颗粒自旋转运动将导致床内非均匀结构更明显.     

炉内两相流动和煤粉燃烧的双流体-轨道模型

本文首次用双流体一轨道（连续介质－轨道ＣＴ）模型对大尺寸四角喷燃炉内气粒两相流动及煤粉燃烧进行了模拟。该模型基于欧拉气相方程组、欧拉颗粒连续方程和动量方程以及拉氏颗粒能量和质量变化的方程,对各子模型用ｋ－ε－ｋｐ两相湍流模型,ＥＢＵ－Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ湍流燃烧模型,煤粉颗粒的水分蒸发,热解挥发和焦炭燃烧的扩散－动力模型,ＤＯ（离散坐标）辐射模型。采用了将坐标扭转一定角度的方法减小入口射流和网格斜交造成的伪扩散。编制了ＬＥＡＧＡＰ－ＦＵＲＮＡＣＥ－３程序,分别对冷态模型炉内两相流动和大尺寸炉内三维两相流动和煤粉燃烧进行了模拟,并与颗粒轨道（ＳＴ）模型的模拟结果进行了对照。采用ＰＤＰＡ对冷态模型炉内气粒两相流场进行了测量。冷态两相流动的模拟与实验结果的对比表明ＣＴ模型的模拟结果和实验符合较好,ＳＴ模型所得颗粒浓度分布和实验山入较大。热态模拟的结果给出了两相速度,气相温度,组分浓度和壁面热流分布。模拟结果定性合理。模拟结果显示在出口处由于气流旋转,有一局部高温区存在。     

六回路环形炉膛循环流化床悬吊屏结构布置对气固流动影响的试验研究

在六回路环形炉膛循环流化床冷态试验台上进行冷态试验研究,考察悬吊屏的结构布置对环形炉膛气固流动特性的影响。结果表明,短边悬吊屏的有无、内环布置/外环布置和屏的数量,对六回路循环流率的大小和分布影响很小。环形炉膛上部气固流动呈现"环-核"流动结构,悬吊屏对气固流动的影响限于屏区附近,使得屏区颗粒速度和颗粒浓度减小。屏宽的变化主要引起屏区范围的扩大或缩小。短边悬吊屏布置于外环壁面附近时,离出口越近的屏其屏间颗粒浓度越大,磨损越严重。悬吊屏下部,两片屏间整个屏区颗粒速度向上且分布较均匀;炉顶附近悬吊屏壁面附近存在贴壁下降流。屏间距的减小将加重悬吊屏的磨损。     

炉顶凸起对6分离器CFB气固流动的影响

本文在6分离器CFB冷态试验台上,研究了炉顶凸起空间对气固流动的影响。利用差压法测量炉膛颗粒浓度轴向分布,采用光纤探针测量不同位置的颗粒浓度和速度的径向分布,通过积料法测量6分离器的颗粒循环流率。通过试验结果的分析,得到炉顶凸起空间内的颗粒运动特性,以及不同凸起高度时的炉膛环核流动特性和颗粒外循环特性。本文的研究对大型多分离器布置CFB锅炉的结构优化设计具有参考意义。     

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.     

稠密气固两相流中颗粒团运动的DEM模型研究

颗粒聚集成团是稠密两相流动中的基本现象．本文直接以颗粒团为研究对象,建立了颗粒团运动的DEM软球模型,具体给出了稠密气固两相流中颗粒团大小的计算表达式,建立了非球形颗粒团运动、接触碰撞及破碎模型,并将此模型用于模拟一循环流化床内稠密气固两相流动,得到了流化床内颗粒团详细的运动碰撞经历及浓度、粒径分布,所得结果合理,与前人实验值相符．另外,计算表明,采用颗粒团运动的DEM软球模,能使计算量有效减少,计算时间明显缩短,说明本模型可有效地用于工程意义上的稠密气固两相流问题的模拟。     

煤燃烧亚微米颗粒数浓度特性实验研究和理论分析

煤粉燃烧过程中亚微米颗粒数浓度的准确采样和测量是一个颇具挑战性的问题,本文基于清华大学高温-维炉实验系统产生的亚微米颗粒物,发展了适用于气溶胶扫描电迁移率颗粒粒径谱仪(SMPS)的两级氮气稀释水冷等速取样技术.为得到炉膛内亚微米颗粒的真实数浓度粒径分布,本文探索了不同稀释比对测量结果的影响,最后发展了基于成核、团聚和表...     

基于摩擦-动力应力模型模拟喷动床气固流动

建立同时考虑颗粒和颗粒之间瞬间碰撞作用(瞬间接触)和非流化下颗粒滑动和滚动运动产生的颗粒半接触作用的颗粒碰撞-摩擦应力模型。推导具有普适性的固相动量守恒方程,建立高颗粒浓度气固两相流动模型,对喷动床内气体颗粒流动过程进行了数值模拟。模拟计算预测喷动床内喷射区、环隙区和喷泉区颗粒流动特性。预测喷动床内颗粒浓度和速度分布与他人实验结果相吻合。     

煤炭超临界水流化床制氢反应器内颗粒流动及传热特性的数值分析

煤炭超临界水气化是极具发展前景的高效洁净煤转化利用技术,深入研究反应器内流动和传热过程对反应器的设计及优化具有重要意义.本文基于欧拉-拉格朗日方法,耦合化学反应动力学模型,建立了煤炭超临界水流化床制氢反应器的三维瞬态CFD模型,研究了反应器内流动和传热特性、颗粒及产物组分的分布转化规律,得到了煤炭颗粒表面的对流和辐射换热系数,并从传热学的角度,揭示了颗粒粒径对煤炭转化速率的影响机理。     

循环流化床内颗粒团运动的数值模拟

本文引入聚合力来表征稠密气固两相流动中颗粒所受到的团聚效应,井将颗粒团视为床内的离散相,建立了颗粒团的碰撞、形成及破碎模型。用此模型对循环流化床的两相流动进行数值模拟,得到了较详细的床内流动特性。计算结果表明,用本文的模型和算法模拟工程意义上的循环流化床内的两相流动是可行的。     

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。     

超临界水流化床内两相流特性的数值模拟研究

本文基于欧拉双流体模型和颗粒动理学理论,对超临界水流化床反应器内气固两相流特性进行数值模拟,模拟获得了超临界水流化床反应器内颗粒分布特性和最小流化速度,分析了表观速度、压力、温度、初始床层高度对超临界水流化床流动特性的影响.本文的研究对超临界水流化床反应器结构的设计及操作条件的优化具有重要的指导意义.