（化学工程专业论文）导向管喷动流化床流体力学特性研究.pdf

摘要 在内径为1 8 2 m m 的导向管喷动流化床中， 用平均粒径为2 . 2 m m 的尿素为物料， 对喷动流化床流体力学特性进行研究。 通过改变喷动气速和流化气速， 测定喷动 区压降和压降标准方差， 并以此将喷动流化床划分为不同的流动型态， 得到导向 管喷动流化床流型相图。 实验中系统研究了导向管安装高度、 喷动口直径、 床层 物料高度和流化气量对最小喷动速度的影响， 并在此基础上得到最小喷动速度的 关联式。 实验还得到固体颗粒循环量和气体旁路量随喷动气量和流化气量变化的 规律， 并对喷动口直径和导流管安装高度的变化对固体颗粒循环量和气体旁路量 的影响作了研究。 在对气固运动规律分析的基础上建立了关于固体颗粒循环量的 模型，模型计算结果和实验值吻合较好。 关键词: 导向 管喷 动 流 化床相图最 小 喷 动 速 度固 体颗粒 循环 量 气体旁路 abs t act 1 8 2 mm wi t h d i a m e t e r c y l i n d r i c a l s p o u t - fl u i d b e d w i t h ad r a f t b e e n t u b e u s e d a n d u r e a a me a n p a r t i c l e d i a m e t e r o f 2 . 2 m m h a v e t o s t u d y h y d r o d y n a m i c s b e h a v i o r o f s p o u t - fl u i d b e d . a c c o r d i n g t o c h a n g e s p o u t i n g g a s v e l o c it y a n d fl u i d i z i n g g a s v e l o c i t y , p r e s s u r e d r o p a n d s t a n d a r d d e v i a t io n o f p r e s s u r e fl u c t u a t i o n in t h e s p o u t z o n e w e r e m e a s u r e d a n d s p o u t - fl u i d b e d w a s d i v i d e d i n t o s e v e r a l d i f f e r e n t fl o w p a t t e rns . t h e n a n e w fl o w r e g i m e m a p c o u l d b e g o tt e n f r o m t h e e x p e r i m e n t . t h e e f f e c t s o f t h e d i a m e t e r o f s p o u t n o z z l e , fl u i d i z i n g g a s v e l o c i t y , t h e h e i g h t o f d r a ft t u b e a b o v e d i s t r i b u t o r p l a t e a n d b e d h e i g h t o n m i n i m u m s p o u t i n g v e l o c it y h a v e b e e n i n v e s t i g a t e d . a n e x p e r i m e n t a l c o r r e l a t i o n w a s p r o p o s e d f o r p r e d i c t i n g m i n i m u m s p o u t i n g v e l o c i t y in s p o u t - fl u i d b e d w i t h a d r a ft t u b e . t h e e ff e c t s o f t h e d i a m e t e r o f s p o u t n o z z l e , t h e h e i g h t o f d r a ft t u b e a b o v e d i s t r i b u t o r p l a t e , s p o u t i n g g a s v e l o c i t y a n d fl u i d i z i n g g a s v e l o c i ty o n s o l i d s c i r c u l a t i o n h a v e b e e n in v e s t i g a t e d . t h e e ff e c t s o f s p o u t i n g v e l o c i t y , fl u i d i z i n g v e l o c it y a n d h e i g h t o f d r a ft t u b e a b o v e d i s t r i b u t o r p l a t e o n g a s b y p a s s i n g h a v e b e e n i n v e s t i g a t e d . b a s e d o n t h e g a s - s o l i d m o v e m e n t t h e o r y a n d e x p e r i m e n t a l r e s u l t s , a m a t h e m a t i c a l m o d e l w a s p r o p o s e d t o s i m u l a t e s o l i d s c i r c u l a t i o n . i t g a v e s a t i s f a c t o r y a g r e e m e n t w i t h t h o s e d a t a m e a s u r e d i n e x p e r i me n t s . k e y wo r d s : s p o u t - fl u i d b e d w i th a d r a ft t u b e f l o w r e g i m e m a p mi n i m u m s p o u t i n g v e l o c 卿s o l i d s c i r c u l a t i o n g a s b y p a s s i n g 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果， 除了文中特别加以标注和致谢之处外， 论文中不包含其他人己 经发表 或 撰 写 过 的 研 究 成 果， 也 不 包 含 为 获 得 止 互 生大 生 或 其 他 教 育 机 构 的 学 位 或 证 书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学 位 论 文 作 者 签 名 : *r -礼 签 字 日 期 :、 吟 年 月 对日 学位论文版权使用授权书 本 学 位 论 文 作 者 完 全 了 解 a l 建 鱼全. 有 关 保留 、 使 用 学 位 论 文 的 规 定 特 授 权 .孟建 大生一 可 以 将 学 位 论 文 的 全 部 或 部 分内 容 编 入 有 关 数 据 库 进 行 检 索， 并采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、 汇编以供查阅和借阅。 同 意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学 位 论 文 作 者 签 “ : 渐) w - 签 字 日 期 : ; o 吟年 月 对 日 导师签名 签 字 。 期 :z et k 月 x j h 前言 导向管喷动流化床是在喷动床基础上研究而成的 一 种改进装置。 其综合了喷 动床和流化床的优点， 提供了良 好的气固接触与混合效果， 能够处理大颗粒、 不 规则物料，又可以减少易粘连物料的团聚。 在喷动流化床中引入导向管， 使喷动 区与环行区之间的交互流动被限制， 同时使传热、 传质主要在导向管内 进行。 这 些结构与 操作上的 特点， 为在粒子表面均匀涂层提供良 好条件， 使其在涂敷、 造 粒等方面得到广泛应用。 喷动流化床的流体力学特性包括床层压降、 固体颗粒循环量、 颗粒运动速率、 气体旁路量等。 对流体力学特性的研究可以了解气体和颗粒在导向管喷动流化床 内的运动规律， 在颗粒涂敷、 造粒的等实际应用中， 这些运动规律对于颗粒的均 匀涂层和生长，床层的稳定操作及造粒器的设计都具有重要意义。 前人的研究工作主要集中在环形区未流化时喷动流化床的流体力学特性， 而 环形区流化时喷动流化床的流体力学特性与未流化时差别较大， 本文对环形区的 这两种类型做了研究，取得了满意的结果。实验在导向管的喷动流化床装置中， 选用尿素为物料，对于导向管喷动流化床的流体力学特性做了 研究。在实验中， 根据喷动流化床内流型的变化得到流型相图， 并研究了导向管安装高度， 喷动口 直径等设计参数和喷动气速， 流化气速等操作参数对最小喷动速度， 固体颗粒循 环量和气体旁路量的影响， 在分析颗粒受力和运动规律的基础上建立固体颗粒循 环量的数学模型。 第一章文献综述 第一章文献综述 1 . 1 典型的喷动流化床简介 加拿大学者ma t h u r 和g i s h l e r m 于五十年代中期发明了 用于谷物千燥的喷动 床，随着研究的深入，发现对于直径大于 i m m的粗颗粒而言，喷动床的气固接 触效率、传热效率优于普通流化床2 1 ，而且整体操作压降低于普通流化床; 。后 来的研究者在喷动床基础上在喷动床中心加入导向管， 成为如图1 - 1 所示改进的 喷动床装置，称为导向管喷动流化床。 筒体 分布板 流化气 喷动气 图1 -1 典型导向管喷动流化床简图 f i g卜1 s c h e m a t i c o f p r i n c i p a l s p o u t - f l u i d b e d w i t h a d r a f t t u b e 图1 - 1 为典型的导向管喷动流化床示意图， 在图中可以看出，喷动气和流化 气通过不同的气室进入床层中， 可以分别控制这两股气体的气量， 提供良 好的气 固接触与混合效果， 能够处理大颗粒、 不规则物料， 减少了床层底部“ 死区” 的 形成和易粘连物料的团聚， 改善床层的流动特性， 比普通喷动床有更好的可调性 和 适 应性 4 1 ， 并 可以 强 化传 热过 程5 1 。 在 距 分 布 板 上 方 某 一 高度 加入导向 管， 能 有效的减少喷射区和环形区的交互流动， 易于获得稳定的喷泉， 颗粒流动的规律 第一章文献综述 第一章文献综述 1 . 1 典型的喷动流化床简介 加拿大学者ma t h u r 和g i s h l e r m 于五十年代中期发明了 用于谷物千燥的喷动 床，随着研究的深入，发现对于直径大于 i m m的粗颗粒而言，喷动床的气固接 触效率、传热效率优于普通流化床2 1 ，而且整体操作压降低于普通流化床; 。后 来的研究者在喷动床基础上在喷动床中心加入导向管， 成为如图1 - 1 所示改进的 喷动床装置，称为导向管喷动流化床。 筒体 分布板 流化气 喷动气 图1 -1 典型导向管喷动流化床简图 f i g卜1 s c h e m a t i c o f p r i n c i p a l s p o u t - f l u i d b e d w i t h a d r a f t t u b e 图1 - 1 为典型的导向管喷动流化床示意图， 在图中可以看出，喷动气和流化 气通过不同的气室进入床层中， 可以分别控制这两股气体的气量， 提供良 好的气 固接触与混合效果， 能够处理大颗粒、 不规则物料， 减少了床层底部“ 死区” 的 形成和易粘连物料的团聚， 改善床层的流动特性， 比普通喷动床有更好的可调性 和 适 应性 4 1 ， 并 可以 强 化传 热过 程5 1 。 在 距 分 布 板 上 方 某 一 高度 加入导向 管， 能 有效的减少喷射区和环形区的交互流动， 易于获得稳定的喷泉， 颗粒流动的规律 第一章文献综述 性更强6 .7 1 。由于喷动流化床结构与操作上的特点，为在粒子表面均匀涂敷提供 良 好 条 件， 使 其在涂 敷. 、 造粒等方 面 得到 广泛应用18 1 ， 近年来导向 管 喷动流化 床 的应用范围又扩大到气化、碳化、裂解等过程。 1 . 2气固流态化各种流型及特征 。 增加 固定床散式床鼓饱床节涌 床湍动床 快 速 流 化床 ; 1 力 辘 送 -一尸 一 -j 聚式流态化 图卜2 气固流态化中各种典型流型的示意图 f i g 1 - 2 p r i n c i p a l f l o w r e g i m e s f o r g a s - s o l i d s y s t e m 随着气速的增加， 气固流态化系统表现出不同的流型， 如图1 - 2 所示。 当通 入气速较小时， 气体通过颗粒间的空隙流过床层， 固体颗粒处于静止状态， 这时 的床层为固定床， 固定床床层压降非常稳定， 波动小， 并且床层压降随着气速的 增加而线性增加。 增加喷动气速，对于g e l d a r t a 类颗粒19 1而言，在流化过程中床层中会出现 类似液固流态化的均匀膨胀流化状态，称为散式床。 当 气速达到最小鼓泡速度后， 床层底部开始出现气泡， 多余气体以气泡的形 式通过床层，出现鼓泡现象的床层称为鼓泡床，相应的流型称为鼓泡流态化。 对于长径比较大的流化床， 随着气速增大， 气泡直径增大， 气泡在上升的过 程中 长大而接近于床层截面积的 尺寸，形成气栓。随着气栓的 不断形成、上升、 破裂， 床层压降出现剧烈而有规律的脉动， 这时的床层称为节涌床， 对应的流化 状态称为节涌流化。 继续增加气速，床层中气泡的聚并与破裂频率增高，使平均气泡直径变小， 压降波动的振幅明显减少， 颗粒流动更为均匀， 气固接触效率提高， 这时流化床 处于湍动流化状态，相应的流型称为湍动流态化。 当气速增大至临界速度时， 颗粒夹带速率将有一个明显的提高， 这时就进入 了快速流态化状态。 在快速流态化状态下， 是以单一颗粒形式存在的稀相和以颗 第一章文献综述 性更强6 .7 1 。由于喷动流化床结构与操作上的特点，为在粒子表面均匀涂敷提供 良 好 条 件， 使 其在涂 敷. 、 造粒等方 面 得到 广泛应用18 1 ， 近年来导向 管 喷动流化 床 的应用范围又扩大到气化、碳化、裂解等过程。 1 . 2气固流态化各种流型及特征 。 增加 固定床散式床鼓饱床节涌 床湍动床 快 速 流 化床 ; 1 力 辘 送 -一尸 一 -j 聚式流态化 图卜2 气固流态化中各种典型流型的示意图 f i g 1 - 2 p r i n c i p a l f l o w r e g i m e s f o r g a s - s o l i d s y s t e m 随着气速的增加， 气固流态化系统表现出不同的流型， 如图1 - 2 所示。 当通 入气速较小时， 气体通过颗粒间的空隙流过床层， 固体颗粒处于静止状态， 这时 的床层为固定床， 固定床床层压降非常稳定， 波动小， 并且床层压降随着气速的 增加而线性增加。 增加喷动气速，对于g e l d a r t a 类颗粒19 1而言，在流化过程中床层中会出现 类似液固流态化的均匀膨胀流化状态，称为散式床。 当 气速达到最小鼓泡速度后， 床层底部开始出现气泡， 多余气体以气泡的形 式通过床层，出现鼓泡现象的床层称为鼓泡床，相应的流型称为鼓泡流态化。 对于长径比较大的流化床， 随着气速增大， 气泡直径增大， 气泡在上升的过 程中 长大而接近于床层截面积的 尺寸，形成气栓。随着气栓的 不断形成、上升、 破裂， 床层压降出现剧烈而有规律的脉动， 这时的床层称为节涌床， 对应的流化 状态称为节涌流化。 继续增加气速，床层中气泡的聚并与破裂频率增高，使平均气泡直径变小， 压降波动的振幅明显减少， 颗粒流动更为均匀， 气固接触效率提高， 这时流化床 处于湍动流化状态，相应的流型称为湍动流态化。 当气速增大至临界速度时， 颗粒夹带速率将有一个明显的提高， 这时就进入 了快速流态化状态。 在快速流态化状态下， 是以单一颗粒形式存在的稀相和以颗 第一章文献综述 粒聚集存在的浓相组成的， 其中 稀相为连续相， 浓相为分散相。 从总体流动结构 来看，颗粒浓度沿床层轴向 呈上稀下浓的单调指数函数或者s 形的连续分布。 当气速增大到输送速度时， 床层空隙率轴向呈单一分布， 床层上下部压降趋 向一致，此时的流态化状态进入气力输送状态。 1 .3流型的转变 1 . 3 . 1固定床到鼓泡流化的转变 固定床到鼓泡床流型的转变可以用压降的变化来判定o a t 团定床 司.巨一 闷 ， e 夕 , 流化床 目 ，- ， 一 白 . 04rr 一 一 己飞劳世田 y s 抽 r 5 图1 - 3 气速对床层压降的影响 f i g 1 - 3 e ff e c t o f g a s v e l o c i t y o n p r e s s u r e d r o p 图1 - 3 中用降速法得到流化床区压降曲线与固定床压降曲线的交点来确定临 界流化速度。许多流化床工作者也给出了临界流化气速的计算式 4 p 一 h m f + 1 一 9 1 )p ， 十 e j p f k 1 - 1 联 立e r g u n 公 式 i t 的 得 到 的 。 、 1 . 7 5 .r e m 1 du m , p ( 、 ， t ) 十15 0 (1 - e m ) (d pu f p s ) = d ,p 一(p , - p f )g id a e m f p p w e n和y u , 2 1 提出对各种不同的系统均有如下近似关系式成立: 卜3 j!j .1 丢一拭 .-活甲 所以1 - 2 式可以简化为: 第一章文献综述 粒聚集存在的浓相组成的， 其中 稀相为连续相， 浓相为分散相。 从总体流动结构 来看，颗粒浓度沿床层轴向 呈上稀下浓的单调指数函数或者s 形的连续分布。 当气速增大到输送速度时， 床层空隙率轴向呈单一分布， 床层上下部压降趋 向一致，此时的流态化状态进入气力输送状态。 1 .3流型的转变 1 . 3 . 1固定床到鼓泡流化的转变 固定床到鼓泡床流型的转变可以用压降的变化来判定o a t 团定床 司.巨一 闷 ， e 夕 , 流化床 目 ，- ， 一 白 . 04rr 一 一 己飞劳世田 y s 抽 r 5 图1 - 3 气速对床层压降的影响 f i g 1 - 3 e ff e c t o f g a s v e l o c i t y o n p r e s s u r e d r o p 图1 - 3 中用降速法得到流化床区压降曲线与固定床压降曲线的交点来确定临 界流化速度。许多流化床工作者也给出了临界流化气速的计算式 4 p 一 h m f + 1 一 9 1 )p ， 十 e j p f k 1 - 1 联 立e r g u n 公 式 i t 的 得 到 的 。 、 1 . 7 5 .r e m 1 du m , p ( 、 ， t ) 十15 0 (1 - e m ) (d pu f p s ) = d ,p 一(p , - p f )g id a e m f p p w e n和y u , 2 1 提出对各种不同的系统均有如下近似关系式成立: 卜3 j!j .1 丢一拭 .-活甲 所以1 - 2 式可以简化为: 第一章文献综述 粒聚集存在的浓相组成的， 其中 稀相为连续相， 浓相为分散相。 从总体流动结构 来看，颗粒浓度沿床层轴向 呈上稀下浓的单调指数函数或者s 形的连续分布。 当气速增大到输送速度时， 床层空隙率轴向呈单一分布， 床层上下部压降趋 向一致，此时的流态化状态进入气力输送状态。 1 .3流型的转变 1 . 3 . 1固定床到鼓泡流化的转变 固定床到鼓泡床流型的转变可以用压降的变化来判定o a t 团定床 司.巨一 闷 ， e 夕 , 流化床 目 ，- ， 一 白 . 04rr 一 一 己飞劳世田 y s 抽 r 5 图1 - 3 气速对床层压降的影响 f i g 1 - 3 e ff e c t o f g a s v e l o c i t y o n p r e s s u r e d r o p 图1 - 3 中用降速法得到流化床区压降曲线与固定床压降曲线的交点来确定临 界流化速度。许多流化床工作者也给出了临界流化气速的计算式 4 p 一 h m f + 1 一 9 1 )p ， 十 e j p f k 1 - 1 联 立e r g u n 公 式 i t 的 得 到 的 。 、 1 . 7 5 .r e m 1 du m , p ( 、 ， t ) 十15 0 (1 - e m ) (d pu f p s ) = d ,p 一(p , - p f )g id a e m f p p w e n和y u , 2 1 提出对各种不同的系统均有如下近似关系式成立: 卜3 j!j .1 丢一拭 .-活甲 所以1 - 2 式可以简化为: 第一章文献综述 d 产可 p ,t 户 _ 。_d , p r ( p 。 一 p , ) g l z + c 2 一 c , p 其中c , =3 3 . 7 , c 2 =0 . 0 4 0 8 1 .2 .2 鼓泡流化到湍动流态化的转变 一般可以用压力波动的幅度和气速的关系来表示鼓泡流化到湍动流化的转 变。 侧鉴拐影长田 姚魄 表观气速 图1 - 4压力波动幅度与气速关系图 f i g 1 - 4 r e l a t i o n s h i p b e t w e e n p r e s s u r e f l u c t u a t i o n a n d s u p e r f i c i a l g a s v e l o c i t y 如图1 - 4 所示， y e r u s h a l m i 和c a n k u r t 根据压力脉动幅度随着气速的变化 关 系图 提出 当 脉 动幅 度 达到 极大 值时的 气 速( 。 。 ) 作为 鼓 泡 流 态 化向 湍 动 流 态 化 转变的起始转变速度，而脉动幅度开始基本恒定 状态时的气速 ( 。 )作为湍动 流态化真正开始的速度。 后 来 研究 者 14 1 发 现当 气 速( 。 、 ) 达到时， 床 层中已 经 达到 稀相输送状 态， 床 层中 连续相已 经从固 相转 变为 气 相， 而且当 床层中 颗粒直 径较大时，、 、 不明 显。 所以 在 本 实 验的 流 型 划 分 中 采 用( u , ) 来 定 义 为 湍 动 流 态 化 的 转 变 速 度。 1 .2 .3 湍动流化到快速流态化转变 湍动流化到快速流态化的转变用颗粒浓度和标准方差的关系来表示1 5 1 ， 如图 1 一 5 所示。 第一章文献综述 d 产可 p ,t 户 _ 。_d , p r ( p 。 一 p , ) g l z + c 2 一 c , p 其中c , =3 3 . 7 , c 2 =0 . 0 4 0 8 1 .2 .2 鼓泡流化到湍动流态化的转变 一般可以用压力波动的幅度和气速的关系来表示鼓泡流化到湍动流化的转 变。 侧鉴拐影长田 姚魄 表观气速 图1 - 4压力波动幅度与气速关系图 f i g 1 - 4 r e l a t i o n s h i p b e t w e e n p r e s s u r e f l u c t u a t i o n a n d s u p e r f i c i a l g a s v e l o c i t y 如图1 - 4 所示， y e r u s h a l m i 和c a n k u r t 根据压力脉动幅度随着气速的变化 关 系图 提出 当 脉 动幅 度 达到 极大 值时的 气 速( 。 。 ) 作为 鼓 泡 流 态 化向 湍 动 流 态 化 转变的起始转变速度，而脉动幅度开始基本恒定 状态时的气速 ( 。 )作为湍动 流态化真正开始的速度。 后 来 研究 者 14 1 发 现当 气 速( 。 、 ) 达到时， 床 层中已 经 达到 稀相输送状 态， 床 层中 连续相已 经从固 相转 变为 气 相， 而且当 床层中 颗粒直 径较大时，、 、 不明 显。 所以 在 本 实 验的 流 型 划 分 中 采 用( u , ) 来 定 义 为 湍 动 流 态 化 的 转 变 速 度。 1 .2 .3 湍动流化到快速流态化转变 湍动流化到快速流态化的转变用颗粒浓度和标准方差的关系来表示1 5 1 ， 如图 1 一 5 所示。 第一章文献综述 d 产可 p ,t 户 _ 。_d , p r ( p 。 一 p , ) g l z + c 2 一 c , p 其中c , =3 3 . 7 , c 2 =0 . 0 4 0 8 1 .2 .2 鼓泡流化到湍动流态化的转变 一般可以用压力波动的幅度和气速的关系来表示鼓泡流化到湍动流化的转 变。 侧鉴拐影长田 姚魄 表观气速 图1 - 4压力波动幅度与气速关系图 f i g 1 - 4 r e l a t i o n s h i p b e t w e e n p r e s s u r e f l u c t u a t i o n a n d s u p e r f i c i a l g a s v e l o c i t y 如图1 - 4 所示， y e r u s h a l m i 和c a n k u r t 根据压力脉动幅度随着气速的变化 关 系图 提出 当 脉 动幅 度 达到 极大 值时的 气 速( 。 。 ) 作为 鼓 泡 流 态 化向 湍 动 流 态 化 转变的起始转变速度，而脉动幅度开始基本恒定 状态时的气速 ( 。 )作为湍动 流态化真正开始的速度。 后 来 研究 者 14 1 发 现当 气 速( 。 、 ) 达到时， 床 层中已 经 达到 稀相输送状 态， 床 层中 连续相已 经从固 相转 变为 气 相， 而且当 床层中 颗粒直 径较大时，、 、 不明 显。 所以 在 本 实 验的 流 型 划 分 中 采 用( u , ) 来 定 义 为 湍 动 流 态 化 的 转 变 速 度。 1 .2 .3 湍动流化到快速流态化转变 湍动流化到快速流态化的转变用颗粒浓度和标准方差的关系来表示1 5 1 ， 如图 1 一 5 所示。 第一章文献综述 加 考j .山e溯松哗鉴 颗粒浓度局 图1 - 5压力脉动的标准方差与颗粒含率的 变化关系 f i g 1 - 5 t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n s t a n d a r d d e v i a t i o n o f p r e s s u r e fl u c t u a t i o n a n d s o l i d s h o l d u p 从图1 - 5 可以 看出， 在 、 = 。 . 1 5 处，。 随着 、 减少而减少的趋势便明 显变 缓。 由 此可 以 认为: ， = 0 . 巧标志 着 气固 流 动由 湍 动 流 化向 快 速流化的 转 变 当 : 0 . 3 5 时 ， 方 差 6 m 随 着 e .,减 少 第一章文献综述 而 增 大 ， 此 时 床 层 处 于 鼓 泡 或 者 节 涌 流 化 状 态 。 当 s , 0 . 3 5 时 ， 二 随 着 : 减 o - 少而减少，表明气固流动己 经进入湍动流态化。因此，二“0 . 3 5可作为鼓泡流 化向 湍 动 流 化 转 变 的 判 据， 进一 步 减 少 颗 粒 含 率( 相当 于 增 加 操 作 气 速) ， 夕 u- 明 显 减 少 。 在 : 一 。 ， 巧处 ， 兰 玉 . 随 着 : : 减 少 而 减 少 的 趋 势 便 明 显 变 缓 。 由 此 可 c. . . 以 认为a . = 0 . 1 5 标志 着气固流动由 湍动 流 化向 快速流 化的转变。 当 0 . 0 5 后， 巴随 着 : 减 少 的 变 化 不 再 明 显 ， 可 以 认 为 : : = 0 . 0 5 对 应 于 气 固 流 动 开 始 进 入 u - 气力输送状态。 1 . 5 最小喷动气速 最小喷动气速是使床层保持喷动状态的最小气速， 已 的数值一方面取决于固 体颗粒和流体的性质， 另一方面取决于喷动床的几何参数2 1 1 。 最小喷动气速关系 到整个喷动流化床的稳定操作， 以及工艺过程中气体流量的确定和风机容量的选 择，是设计和操作喷动床的重要参数之一。 1 .5 . 1 最小喷动速度的影响因素 m a t h u r 和g i s h l e r 1提出最小喷动速度随着床层物料高度的增加而减小， 随着 床层直径的增加而减小。 毛元夫等2 2 1在测量喷动流化床的最小喷动速度时把实验分成两组， 一组流化 气固定减小喷动气， 一组喷动气固定减少流化气， 在研究中发现在最小喷动状态 下，不同的流化气速和喷动气速相加值处于一个窄小的范围。 王国胜等2 3 1 在对导向管喷动流化床最小喷动速度的研究中分别改变床层高 度、导向管直径、导向管安装高度和颗粒直径来考察最小喷动速度变化规律 张怀情等2 4 1在对充气喷动床最小喷动速度的实验中采用不同的静止床高、 物 料和流化气速， 研究在不同的操作参数下最小喷动速度的变化， 发现最小喷动速 度对于同 一物料随着床层高度的 增加而减少， 对于同一床层高度随着流化气的增 加而减少，随着颗粒直径的增加而增加。 第一章文献综述 而 增 大 ， 此 时 床 层 处 于 鼓 泡 或 者 节 涌 流 化 状 态 。 当 s , 0 . 3 5 时 ， 二 随 着 : 减 o - 少而减少，表明气固流动己 经进入湍动流态化。因此，二“0 . 3 5可作为鼓泡流 化向 湍 动 流 化 转 变 的 判 据， 进一 步 减 少 颗 粒 含 率( 相当 于 增 加 操 作 气 速) ， 夕 u- 明 显 减 少 。 在 : 一 。 ， 巧处 ， 兰 玉 . 随 着 : : 减 少 而 减 少 的 趋 势 便 明 显 变 缓 。 由 此 可 c. . . 以 认为a . = 0 . 1 5 标志 着气固流动由 湍动 流 化向 快速流 化的转变。 当 0 . 5 m时，该式估算值偏小，且研究表明， 在床层 温度变化时， u m ， 也会改变， 但作为初步估算，该式仍有一定的 指导意义。 王国胜四等利用实验数据回归的经验式: u m , = 1 .9 7 5 d , ii d ,1 ( 2 g h (p , - p , )价鲜叮 且a zh ) 0,78 ( d , ) 1-8 又 d , 夕 又 d , 夕 又p s夕 h ) d 夕 并且通过实验回归得到在充入流化气时的最小喷动速度: u m ,.r + u o = u m so + m5 u a 1 - 9 从上式看出加入流化气， 使得喷动流化床处于喷动状态的最小喷动流化总气 量 最小喷动气量u m s f 与流化气量u 。 的和)大于流化气为零时的最小喷动气流 量u . s o 张怀清(2 4 1等人研究发现锥底喷动床的最小喷动速度稍大于平底喷动床， 并分 别给出了关联式: 1， 门、lesesesj 平 板 分 布 板 。 。 一 4640 翻 2 g h (p ， 一 。 ， ) pp 卜1 0 锥形分布板 1 一e= 。2 5r会 0380.251 d j ( d )( d , ) 1 一 1 l 顾毓珍12 5 1 在对导向管的喷动流化床的最小喷动气速研究中得到如下关联 一 :d /(p j (2gh p x- p 一。s , h ,078 c d r )os 1-12 v u k o v i c 和l i tt m a n f2 6 1等发现， 对应一定床层高度的喷动流化床的最小喷动流 化气量一般大于该床层高度的 最小喷动气量u m s ，而小于最小流化气量u m f 。他 们还提出了相应的计算模型: 第一章文献综述 u m ,= u , 下 (aa - a,. x1 - h b i h ,j 31- (a, - acxl- h ,ih m3 u n (o 1 , h a d z i s d m a j l o ri c 2 7 1等对该式进行了 改进得到: 一 1一 1一 :1一 ， 、 a 一 归 呱 + 1一 1一 h 6h .if)一u a(0)“二 1 一 1 4 其与实验数据能够较好的符合，且能够较好的应用于低床层高度。 1 .6固体颗粒循环量的研究 固体颗粒循环量就是在单位时间内通过喷动流化床导向管出口的颗粒质量 1 .6 . 1 固体颗粒循环量的测量 1 .6 . 1 . 1网兜法固体颗粒循环量 m u i r 1 2 9 1 等在对导向 管的喷动流化床颗粒循环量研究时，提出在导向管和床 体之间安装向下倾斜的类似于网兜的装置， 用该装置收集一定截面面积上的固体 颗粒， 通过称量得到固定截面面积的颗粒质量， 再用整个床层截面积和固定截面 面积的比值乘以得到的颗粒质量，从而得到总的固体颗粒循环量。 1 .6 . 1 .2示踪颗粒测量固体颗粒循环量 b y u n g h o s o n g 29 1等 在实 验中 假定 移动 床中 心 颗 粒的 下 移 速 度等 于 移 动 床颗 粒平均移动速度，采用热探头测量在移动床中心加热沙粒通过固定距离的时间， 从而得到沙粒下移的平均速度，并由 w , =p , ( 1 一 s ) v a 1 - 1 5 得到固体颗粒循环量。 李宝霞13 0 等在实验中用秒表通过记录彩色示踪颗粒通过沉降室的时间得到 颗粒下移的速率，用p c -4 光导纤维仪测定沉降室中的颗粒浓度，并由1 - 1 5 式 计算固体颗粒循环量 以上示踪颗粒法测定固体颗粒循环量的缺点在于移动床中心的颗粒比靠近 壁面的颗粒运动更快， 用示踪颗粒的速度代表整个截面的颗粒平均运动速度会产 尤 仁 误差。 1 .6 .2固体颗粒循环量的影响因素及关联式 mu ir 2 8 1 等用网兜法测量颗粒循环量，并从实验结果中认识到装置的儿何形 第一章文献综述 u m ,= u , 下 (aa - a,. x1 - h b i h ,j 31- (a, - acxl- h ,ih m3 u n (o 1 , h a d z i s d m a j l o ri c 2 7 1等对该式进行了 改进得到: 一 1一 1一 :1一 ， 、 a 一 归 呱 + 1一 1一 h 6h .if)一u a(0)“二 1 一 1 4 其与实验数据能够较好的符合，且能够较好的应用于低床层高度。 1 .6固体颗粒循环量的研究 固体颗粒循环量就是在单位时间内通过喷动流化床导向管出口的颗粒质量 1 .6 . 1 固体颗粒循环量的测量 1 .6 . 1 . 1网兜法固体颗粒循环量 m u i r 1 2 9 1 等在对导向 管的喷动流化床颗粒循环量研究时，提出在导向管和床 体之间安装向下倾斜的类似于网兜的装置， 用该装置收集一定截面面积上的固体 颗粒， 通过称量得到固定截面面积的颗粒质量， 再用整个床层截面积和固定截面 面积的比值乘以得到的颗粒质量，从而得到总的固体颗粒循环量。 1 .6 . 1 .2示踪颗粒测量固体颗粒循环量 b y u n g h o s o n g 29 1等 在实 验中 假定 移动 床中 心 颗 粒的 下 移 速 度等 于 移 动 床颗 粒平均移动速度，采用热探头测量在移动床中心加热沙粒通过固定距离的时间， 从而得到沙粒下移的平均速度，并由 w , =p , ( 1 一 s ) v a 1 - 1 5 得到固体颗粒循环量。 李宝霞13 0 等在实验中用秒表通过记录彩色示踪颗粒通过沉降室的时间得到 颗粒下移的速率，用p c -4 光导纤维仪测定沉降室中的颗粒浓度，并由1 - 1 5 式 计算固体颗粒循环量 以上示踪颗粒法测定固体颗粒循环量的缺点在于移动床中心的颗粒比靠近 壁面的颗粒运动更快， 用示踪颗粒的速度代表整个截面的颗粒平均运动速度会产 尤 仁 误差。 1 .6 .2固体颗粒循环量的影响因素及关联式 mu ir 2 8 1 等用网兜法测量颗粒循环量，并从实验结果中认识到装置的儿何形 第一章文献综述 u m ,= u , 下 (aa - a,. x1 - h b i h ,j 31- (a, - acxl- h ,ih m3 u n (o 1 , h a d z i s d m a j l o ri c 2 7 1等对该式进行了 改进得到: 一 1一 1一 :1一 ， 、 a 一 归 呱 + 1一 1一 h 6h .if)一u a(0)“二 1 一 1 4 其与实验数据能够较好的符合，且能够较好的应用于低床层高度。 1 .6固体颗粒循环量的研究 固体颗粒循环量就是在单位时间内通过喷动流化床导向管出口的颗粒质量 1 .6 . 1 固体颗粒循环量的测量 1 .6 . 1 . 1网兜法固体颗粒循环量 m u i r 1 2 9 1 等在对导向 管的喷动流化床颗粒循环量研究时，提出在导向管和床 体之间安装向下倾斜的类似于网兜的装