压力循环流化床中的传热研究

本文从理论与试验上研究压力循环流化床中床－壁面传热系数的变化规律。对常压循环流化床中的传热模型进行修正，发展了压力循环流化床中的传热模型。试验测试了床内传热系数随床内固体颗粒浓度、颗粒径和运行风速的变化规律。提出计算床－壁面传热系数的无量纲经验公式。     

循环床锅炉膜式壁附近颗粒浓度的动态特性

本文采用反射式光纤探头，测量了循环床膜式壁管子和鳍片附近的颗粒浓度动态分布，并且引人时序分析方法处理采样数据。研究表明，膜式壁附近的颗粒分布是不均匀的；在膜式壁附近存在颗粒流动的再分布过程；颗粒浓度波动的能量分布主要集中在低频区域；根据ＡＲ模型阶数，本文定量地将膜式壁附近的颗粒流动划分为；剪切区、沉积区、再分布区和槽区。     

近壁区分子团聚现象的原位红外观测

对于饱和蒸气壁面凝结过程,蒸气分子在体相与过冷壁面间过渡区的微观演化机制尚不清晰,分子团聚模型认为分子到达壁面凝结前首先在体相中形成一定团簇分布,但由于观测近壁边界层微小空间中微观粒子的动态演化较为困难,对该模型的实验验证并不充分.基于团簇内部的氢键网络,利用衰减全反射傅里叶红外光谱技术,实时检测了近壁薄层内蒸气分子凝结过程中的动态行为,直接验证了近壁区的团簇分布,表明团簇是凝结和液滴生长的主要单元,且平均团簇尺寸沿着靠近壁面方向逐渐增大.利用团簇体的氢键特征,又观测了乙醇蒸气的近壁面团聚行为,进一步验证了壁面凝结过程团簇演化的合理性.此外,实验发现乙醇蒸气冷凝的团簇分布空间范围要小于同样条件下的水团簇分布范围,这可能间接表明乙醇蒸气凝结的传热边界层范围小于水蒸气凝结的传热边界层范围,而导致其传热性能较弱.利用壁面结构调节近壁区团簇分布,将为含有不凝气的蒸气冷凝传热或气相水汽捕获等过程的强化提供新方向.     

喷动床内纳米颗粒气固两相流动的数值模拟

采用欧拉-欧拉双流体模型,颗粒动理学理论模拟颗粒相流动,采用周涛和李洪钟(1999)的力平衡模型预测纳米颗粒聚团尺寸,对喷动床内纳米颗粒聚团流化过程进行了数值模拟,得到了喷动床内纳米颗粒聚团的流化过程,获得喷射区和环隙区内颗粒相速度和浓度分布。分析了喷动床结构和进口气体速度等对纳米颗粒聚团流化特性的影响。由于纳米颗粒的特殊性质,不易形成喷泉区。适当的喷动床结构和进口气体速度有助于形成稳定喷动。     

快速流化床颗粒团絮的识别和表征研究

本文针对内径D=0.1m、高H=3 m的三维可视快速流化床上升管,建立了图像采集及处理系统,对平均粒径d_s=0.25 mm的石英砂(颗粒密度ρ_p=2650 kg/m~3,堆积密度ρ_(pa)=1590 kg/m~3)在颗粒循环量G_s=40～70 kg/(m~2s),流化风速U_g=4.35 m/s下形成的颗粒团絮进行了研究,提出了一套针对三维快速流化床近壁面颗粒团絮的识别和表征方法并优化了计算参数。结果表明,该方法能够准确识别不同类型("U"形、倒"U"形、条形)的颗粒团絮;颗粒团絮的尺寸随上升管高度增加和固体循环通过减小而增大,颗粒团絮数量随上升管高度增加和固体循环通量减小而减少;随固体循环通量变化,"U"形和倒"U"形的颗粒团絮下落速度的平均值均为1 m/s左右。     

垂直套管环隙内汽液固三相流动沸腾传热的实验研究

符号表C。固体颗粒在液q热通量kw／mZu。固体颗粒与液体中的含量voL％，液体汽化游热kJ／kg体的滑移速度m／s小固体颗粒直径mm或mTi流体温度”CP；液体的密度kg／m’D实验段当量直径mm或mTw加热壁面温度“CP。固体颗粒的密度kg／m’h传热膜系数kw／m’K。1循环液速m／sH液相粘度mPa。k液体导热系数W／inK1前言自MatchL．P．等人首次将固体颗粒引入换热器应用于地热利用山后，对这种流化床换热器的研究开始增多【‘－‘］。研究结果均表明，固体颗粒的引入，可显著强化传热，并有较好的防垢抗垢性能。本文的研究是在液体在垂直套管环…     

过渡流下近壁插入圆柱对壁面强化传热的影响

本文利用基于复合网格系统的计算方法,对Re=50~1200的近壁插入圆柱流场进行数值模拟,研究过渡流状态下在壁面附近插入圆柱对下游壁面传热强化的影响。并基于低速循环水槽流动实验台,采用粒子成像测试法(PIV)对Re=100~500的近壁插入圆柱流场进行可视化实验研究,验证了数值模拟方法的可靠性。研究结果表明:近壁插入圆柱流场在Re=100时进入过渡流状态;Re直接影响圆柱尾流中周期性涡脱和壁面涡岛的发生位置及其洗刷效应的大小,随着Re的增大,洗刷效应明显增强,因而,过渡流范围内Re越大,圆柱下游壁面传热强化越大。     

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。     

蒸汽冷凝过程的分子团聚模型及其对不凝性气体影响传热性能的解释

根据相变过程的微观物理机理和热力学特性,提出了冷凝传热过程中,近壁面蒸汽分子经由团聚阶段进而冷凝成宏观液滴的物理模型.并将团聚体分布与滴状冷凝传热性能相联系,从而研究不凝性气体对滴状冷凝传热过程的影响.在改进的Dillmann和Meier(DM)模型基础上,将分子团聚过程中的临界过饱和度与冷凝过程中的过冷度相联系,以及将团聚体的能量特性与液固界面物理化学特性相联系,将团聚模型与考虑固液界面效应的滴状冷凝传热模型相联系,建立了近壁面条件影响的分子团聚模型.利用模型计算了近壁面蒸汽中团簇体尺寸和分布,以及不凝性气体存在导致的蒸汽冷凝团聚体分布的变化,并结合滴状冷凝传热模型,定量解释了少量不凝性气体的存在,极大影响了冷凝传热性能的现象.模型计算结果与实验结果及文献中含不凝气的蒸汽冷凝传热实验数据进行了比较,两者符合较好,验证了所提出模型的合理性.     

超临界水流化床床床层与壁面间传热特性研究

本文基于颗粒动理学理论建立了流化床中的欧拉双流体模型,采用了单气泡沿壁面运动物理模型,从颗粒分布特性、温度分布特性和瞬时传热特性三个方面对超临界水流化床和气固流化床的床层与壁面间传热特性进行了对比研究。研究表明,相同条件下,相对于气固流化床,超临界水流化床中气泡的直径和上升速度都较小;超临界水流化床中床层与壁面间的传热系数与颗粒浓度呈反相关关系,而对于气固流化床则是正相关关系;并且不同于气固流化床,超临界水流化床床层与壁面间传热系数在颗粒浓度较低处对表观速度变化比较敏感。     

HEAT TRANSFER COEFFICIENTS FOR TUBES SUBMERGED IN CIRCULATING FLUIDIZED BED

Convective heat transfer coefficients were measured experimentally for a tube immersed vertically in a circulating fluidized bed. Circulating fluidized beds operate in the dilute transport regime of two-phase (solid/gas) flow. The dominant mechanism for heat transfer to surfaces is particle-induced convection. In this study, experiments were carried out in a circulating fluidized bed of15 cm diameter and 11 m height. An instrumented tube of 9.5 mm diameter and 1.3 m length was placed vertically at the centeriine of the fluidized bed to measure convective heat transfer coefficients at several different elevations in the bed. Three types of particles, with mean diameters ranging from 68 to 2S1 urn, were used in the experiments at superficial gas velocities in the range of 1.3 to 8.2 m/s. Results showed that the convective heat transfer coefficients with solid/gas two-phase circulation were two to three times greater than those for single-phase gas convection at the same velocity. For a given gas velocity, the coefficients increased with increasing solid mass flux, but decreased with elevation. It was demonstrated that the heat transfer coefficients for the immersed tube and for the bed wall could be correlated with different functional dependence on the two-phase suspension density.     

循环床中气固两相局部传热传质规律的研究

本文对含湿颗粒在循环床中干燥过程的传热传质规律进行了实验研究。本文发展的一种利用双热电偶参考标定法，获得了气、固两相沿床高的局部温度。对气体表观流速，固体循环率，颗粒初始含湿量对传热传质的影响进行了分析和讨论。所获得的循环床中传热传质系数的实验关联式，可供干燥颗粒、造粒、粒面包裹等工业设计参考使用。     

非均匀布风对流化床埋管换热特性的影响

非均匀布风对流化床埋管换热特性有一定的影响,埋管的对流换热系数不仅是埋管所处换热区流化速度的函数,而且与相邻的流动区流化速度有一定关系。本文通过试验研究了埋管换热系数同换热区以及流动区流化速度之间的关系：换热系数变化的趋势及数值的大小与鼓泡床有明显不同,较大的流动区流化速度（６．０ｕｍｆ～２４．０ｕｍｆ）直接影响换热区埋管的换热系数,换热系数同流化速度之间较为平缓的关系便于利用埋管进行非均匀布风流化床中浓相床区温度的调整与控制。     

Combustion of slugs of propane and air moving up through an incipiently fluidized bed

A mathematical model is proposed to show the evolution of temperature, chemical composition and energy release or transfer in slugs, clouds and particulate phase, in a fluidized bed where there are slugs, of a mixture of air and propane, moving up through the particulate phase previously set in the state of incipient fluidization with air. The analysis begins as the slugs are formed at the orifices of the distributor, until they explode inside the bed or emerge at the free surface. The model also makes the analysis of what happens in the gaseous mixture that leaves the free surface of the fluidized bed until the propane is thoroughly burnt. It is essentially built upon a simple quasi-global mechanism for the combustion reaction and the mass and heat transfer equations from the two-phase model of fluidization. The aim was not to propose a new modelling approach, but to combine classical models, one concerning the reaction kinetics and the other the bed hydrodynamic aspects, to obtain a better insight on the events occurring inside a fluidized bed reactor, enhancing the understanding of this type of reactor. Experimental data to balance with the numerical model were obtained through tests on the combustion of commercial propane, in a laboratory scale fluidized bed, using four sand particle sizes: 400–500, 315–400, 250–315 and 200–250 μ m. The mole fractions of CO₂, CO and O₂ in the flue gases and the temperature of the fluidized bed were measured and compared with the numerical results.     

HEAT TRANSFER ENHANCEMENT DUE TO TURBULENCE INDUCED BY PARTICLE MOTION IN GAS-SOLID FLUIDIZED BEDS

Heat transfer augmentation due to turbulence in the gaseous flow of a gas-solid fluidized bed is analyzed. Since the heat transfer in such beds is enhanced by various mechanisms, each mechanism's contribution can only be separately evaluated using special means. Therefore, we employed a new mass transfer measurement technique to measure the contribution of the turbulence induced by particle motion on the total heat transfer occurring around a horizontal test cylinder immersed in a fluidized bed. Results indicate that the mass transfer, i.e., analogous to convective heat transfer to or from the gaseous flow, is enhanced by the turbulence produced from particle motion on the front side of the cylinder surface, but that other heat transfer mechanisms besides turbulence contribute to the heat transfer augmentation taking place on the cylinder side walls and back-side surface.     

循环流化床颗粒相湍流结构研究

从不同层次上研究了循环流化床颗粒相的湍流结构。ＰＤＡ测量发现颗粒在壁面附近的运动表现出显著的成团特征和湍流度显著降低,小波分析法得到的直观图形象地揭示了颗粒速度脉动的自相似、分叉等具有混沌特征的微观结构,且在不同的尺度上颗粒速度脉动表现出各向异性的特征。     

含内热源可燃多孔介质热量传递及影响因素分析

本文模拟了自然对流及恒壁温边界条件下含内热源可燃填充床内最高温度随时间的变化;计算了侧面和端面取不同换热系数时填充床内的温度分布;分析了对流换热系数、堆积状态等对床内最高温度的影响。计算结果表明:各边界取不同换热系数时对最高温度的影响不大;在环境温度低于383．15 K,或壁面温度低于381．15 K的条件下,多孔床不会发生自燃。对流换热系数较大、堆积密度较小时多孔床也不易自燃。     

离心力场作用下多孔介质中强制对流换热的研究

对离心流化床中空气通过多孔物料层的强制对流换热进行了理论和实验研究。获得了气流和物料间强制对流换热的准则关联式。研究结果表明,在气流速度和温度梯度方向一致的条件下,强制对流换热比通常的边界层强制对流换热有所强化,其换热的准则关联式具有 Nu=CRePr的线性形式。从而验证了改变气流方向和热流密度矢量之间夹角可以强化换热的这一强化传热新原理。     

循环流化床煤燃烧中氮氧化物排放的研究

循环流化床煤燃烧中氮氧化物排放的研究冯波，袁建伟，刘皓，卢建欣，林志杰，刘德昌（华中理工大学动力系武汉４３００７４）关键词循环流化床，氮氧化物１前言近年来，ＮＺＯ由于对臭氧层的破坏作用和一定的温室效应而引起了较大的关注。特别地，在流化床煤燃烧中（包括...