微型流化床流體力學(xué)特性的實(shí)驗(yàn)與模擬研究.pdf

1、微型流化床由于具有升溫速度快、所用固體物料量小、易操作、高溫高壓下安全系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，在催化劑高通量篩選、流固相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析等領(lǐng)域具有一定的優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)逐步受到研究學(xué)者的關(guān)注。但是受實(shí)驗(yàn)條件的限制，目前針對(duì)微型流化床系統(tǒng)的研究主要集中在最小流化/鼓泡速度、床層壓降、床層膨脹特性等方面。為加深對(duì)微型流化床流體力學(xué)特性的認(rèn)識(shí)，為微型流化床反應(yīng)分析儀下一步的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和操作條件優(yōu)化提供指導(dǎo)，本論文采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，系統(tǒng)研究了微型流

2、化床幾何尺寸、壁面效應(yīng)等對(duì)系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)結(jié)構(gòu)、空隙率分布、氣相返混等的影響。
　　通過(guò)對(duì)比雙流體模型模擬結(jié)果和顆粒軌道模型模擬結(jié)果檢驗(yàn)了雙流體模型是否適用于微型流化床系統(tǒng)。模擬結(jié)果表明，雙流體模擬所預(yù)測(cè)的床層膨脹特性與顆粒軌道模擬結(jié)果能很好的吻合；與顆粒軌道模擬結(jié)果一致，雙流體模型所預(yù)測(cè)的最小湍動(dòng)速度隨流化床尺寸的減小而減小。這說(shuō)明雙流體模型可應(yīng)用于微型流化床系統(tǒng)，而實(shí)驗(yàn)中所觀測(cè)到的微型流化床流化滯后現(xiàn)象可能是因?yàn)榉植及逍?yīng)而造成。<

3、br>　　在雙流體模擬合理性得到檢驗(yàn)的條件下，進(jìn)一步分析了顆粒-邊壁作用（鏡面反射系數(shù)、顆粒-壁面彈性恢復(fù)系數(shù)）以及流化床尺寸對(duì)氣固微型流化床內(nèi)流動(dòng)結(jié)構(gòu)的影響。模擬結(jié)果表明，鏡面反射系數(shù)和顆粒-壁面彈性恢復(fù)系數(shù)對(duì)床層膨脹特性的影響基本可忽略，但會(huì)顯著影響顆粒軸向速度的徑向分布，隨著顆粒-壁面彈性恢復(fù)系數(shù)的增大，床層內(nèi)顆粒速度呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)；隨著流化床尺寸的增大，床層膨脹高度略有減小，最小湍動(dòng)速度增大。
　　通過(guò)采用實(shí)驗(yàn)和雙流體模擬

4、想結(jié)合的方法，考察了內(nèi)徑為11mm、15mm和22mm的微型流化床內(nèi)氣體返混。對(duì)比所得到的氣體停留時(shí)間分布（RTD）發(fā)現(xiàn)，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合良好。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)的研究了表觀氣速、床層高度和流化床內(nèi)徑對(duì)氣體返混特性的影響。實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果均表明，隨著表觀氣速的增大、床層高度和內(nèi)徑的增大，微型流化床內(nèi)氣體返混加劇。因此，為了使微型流化床內(nèi)的氣體返混程度達(dá)到最小而更加適用于微型流化床反應(yīng)分析儀（MFBRA），應(yīng)當(dāng)在較小的管徑和床層高度以及