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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

流化床干燥实验装置液体分布器的改进

原流化床干燥实验装置没有液体分布器,很难使水均匀润湿固体颗粒变色硅胶使其达到饱和,导致学生做实验时所测得的临界含水率增大,干燥速率变小,干燥速度曲线恒速干燥阶段无法确定,鉴于此,采用管式锥形孔液体分布器改进了原流化床干燥实验装置。经FLUNET数值模拟分析发现,经改进后,水在颗粒床层内流速分布的均匀性显著提高,其扩散范围也明显扩大,流速更加趋于稳定,且进出口速度差显著降低,减小为原实验装置的0.12倍,则水可以均匀地润湿床层内的固体颗粒变色硅胶使其达到饱和,从而减小了实验误差,提高了实验结果的准确率。     

流化床干燥实验装置气体分布板的改进

原流化床干燥实验装置没有布置气体分布板,使得床层内存在很大的死角,难以形成较佳的床内流场分布,导致学生做实验时所测得的临界含水率增大,干燥速率变小,干燥速度曲线恒速干燥阶段无法确定,鉴于此,采用双层直流式锥形孔气体分布板改进了原流化床干燥实验装置。经FLUNET数值模拟分析发现,经改进后,热空气在颗粒床层内分布的均匀性显著提高,其扩散范围明显扩大,流速更加趋于稳定,则进出口的速度差显著地降低了,减小为原实验装置的0.072倍,从而使热空气更均匀地干燥床层内的固体颗粒变色硅胶,可减小实验误差,提高实验结果的准确率。     

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.     

基于边界元与有限元耦合的ERT图像重建算法

环形通道内多相流相分布的测量,对于保障工业生产安全、提高生产效率具有重要意义。电阻层析成像技术是一种新兴的过程参数可视化测量技术.该技术采用非侵入的方式获取管道截面处的介质分布信息,具有响应速度快、安全无辐射、价格低廉等优点,非常适合于多相流测量。但是,由于电学敏感场的高度非线性,该技术的空间分辨率较低,而为了克服这一问题所采用的迭代非线性算法,计算量大、效率低,很难满足现代工业测量需求。针对这一问题,本文提出一种应用于环形通道内多相流检测的ERT快速非线性图像重建算法。该算法采用有限元与边界元耦合的方法求解正问题,采用高收敛的Levenberg-Marquardt方法求解逆问题。实验结果表明,文中所提出算法具有较高的速度和精度。     

基于多尺度模型预测木材含水率和温度的变化

了解木材干燥过程中的水分迁移和热量传递规律有助于提高木材的干燥质量,改善干燥工艺,节约能源。以樟子松(Pinus sylvestris)为材料,建立能够较准确模拟木材干燥过程中含水率和温度分布变化的多尺度单元表征模型,模型由宏观尺度上三个耦合方程一两个水分扩散方程和一个热量平衡方程,以及微观尺度上的单个细胞水分迁移的平衡方程组成。解析模型的过程为:分析初始条件和边界条件、有限元网格的生成、方程离散化、查找相应物性参数、MATLAB软件编程求解。最后通过实验分析验证了建立的多尺度模型的准确性,进行试件在80℃时各层含水率随时间变化的实验,实验结果与模拟值比较,曲线吻合性较好,多尺度模型可以反映木材干燥过程中含水率的分布。最后对建立的多尺度模型进行理论分析,预测了干燥过程中各层温度的变化和分布,进一步验证模型的准确性。从不同尺度建立的木材热质转移数学模型,能较为准确的反映木材含水率的变化和空间分布情况,为干燥过程水分和温度分布的研究提供了一定的理论基础和参考价值。     

用数值模拟对循环流化床颗粒分离特性的研究

针对循环流化床铁矿粉烧结技术中的关键问题,用离散颗粒数值模拟方法对不同密度床科颗粒在床内的分布进行了数值模拟。数值模拟将气相场和离散颗粒场分别用欧拉方法和拉格朗日方法进行处理,在每一时间步长内对气相场和离散颗粒场的相互作用进行耦合,得出了石英砂和铁矿粉混合床料在循环流化床内的分离规律。数值模拟结果与国外相同研究的实验结果进行了对比,验证结果表明本文所得到的模拟结果具有较高的准确性。     

基于热力学极值原理优化污泥干燥过程

本文在热风对流干燥实验台上进行污泥薄层等温干燥特性的实验研究,获得了一定风速下温度对薄层含水率影响规律。基于多元系热力学原理,构建了薄层含水率的双结构预测模型。基于热力学极值原理,分析污泥水分迁移过程中吉布斯函数的变化规律,以对薄层干燥工况方案进行优化。结果表明:双结构模型可用于预测薄层含水率的变化情况;在2 m/s风速下,薄层含水率从80%降低到60%时,控制干燥温度为100℃左右;含水率从60%降低到10%,应保持干燥温度在150℃左右。     

薄板型介质材料复介电常数的无损测量

采用带法兰结构的TE01n圆柱谐振腔,用无损检测的方法测量薄板型微波介质材料的复介电常数。利用轴向模式匹配法对谐振腔内的电磁场进行了求解,给出了相对介电常数和损耗角正切的计算公式,并利用矢量网络分析仪对几种常用微波介质材料进行了测量,其结果表明:该测量方法对相对介电常数的测量误差不超过1%,而对损耗角正切的测量误差不超过10%。该方法还具备一腔多模的测试能力,测量频率可调,可用于介质材料频率特性的测量。     

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．     

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.     

大颗粒流化床与水平埋管的局部换热研究

本文给出了常温流化床中水平埋管的周向局部及平均换热系数的实验结果.结果表明,大颗粒床中水平埋管的局部换热系数分布及其随流化速度的变化规律与小颗粒床完全不同.大颗粒床中埋管周向换热系数分布呈“桃形”,后缘换热低于前缘.文中还给出局部换热随流化速度变化的规律.从大颗粒流化床的传热机理和动力学过程对流化床中水平埋管的局部换热进行了探讨.     

一种新的湿蒸汽湿度测量的微波加热法

测量流动湿蒸汽的湿度意义重大但也很困难。本文提出了一种测量湿蒸汽湿度的微波加热法。微波加热应用于湿度测量有四个显著的优点:一是微波加热中热量从水滴、水膜与蒸汽分子内部产生,不依赖于传导和对流等传热过程,且加热速度快;二是微波加热具有选择性,由于液态水的介电常数约为水蒸汽的介电常数的80倍,加热过程中水滴和水膜吸收更多的微波能量而气化,符合热力法湿度测量的要求;三是微波加热基本没有热惯性,一旦微波源切断加热即停止;四是加热过程中散失到外界的热量小。上述特性使微波加热法湿度探针具有加热段短、测量精度高的特点。给出了微波加热法测量湿度的原理、误差分析、初步设计的探针结构以及实验验证的结果。     

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。     

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。