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组合变约束型出口提升管的噎塞机制及判别
  • 项目名称:组合变约束型出口提升管的噎塞机制及判别
  • 项目类别:青年科学基金项目
  • 批准号:21106028
  • 申请代码:B060404
  • 项目来源:国家自然科学基金
  • 研究期限:2012-01-01-2014-12-31
  • 项目负责人:王德武
  • 依托单位:河北工业大学
  • 批准年度:2011
中文摘要:

下部提升管与上部床层组合反应器工业用途广泛,其提升管是一种组合变约束型出口提升管,噎塞是影响其稳定运行的重要因素。与常规C型、L型、T型等固定几何结构出口的提升管相比,组合变约束型出口提升管的噎塞除受气体提升机制影响外,还受出口气固分布器及上部床层变约束机制的影响。本项目在一套"提升管+气固分布器+床层"型式的组合变约束型出口提升管冷模实验装置上,通过构建不同强度的气体提升与出口约束条件,研究噎塞点及非噎塞点操作下提升管内上/下行颗粒的流动特性、噎塞速度、饱和夹带量、出口约束对噎塞的影响、气体提升机制与出口约束机制间的相对关系等,进而揭示组合变约束型出口提升管内噎塞发生发展的过程;再结合实验数据,标绘出各种条件下的噎塞曲线及操作相图;最后结合多相流理论,分析噎塞产生的机理,建立组合变约束型出口提升管噎塞判别的方法和数学模型,为组合反应器的设计和操作调控提供理论支撑。

结论摘要:

对“气固分布器+流化床层”特殊出口构型的组合变约束型出口提升管内上、下行颗粒流动特性的实验研究结果表明,受出口约束及倒锥形气固分布器结构影响,出口区下行颗粒速度最大值的局部位置并不是出现在边壁附近,而是出现在无因次半径0.3-0.7附近;对提升管出口约束机制的理论分析及实验研究结果表明,气固分布器压降主要为气固过孔阻力,约占总压降的82%,而气固流经扩径段的局部阻力损失约占总压降的15%,气固两相静压损失约为3%,出口约束阻力随着表观气速、颗粒循环强度、上部流化床层压降增加而增加,随着分布器开孔率增加而降低;对提升管轴向压降的测量结果表明,组合变约束型出口提升管下部和上部压降随表观气速的降低并未出现常规提升管中显现的相交现象,但提升管各部位压降随表观气速的降低其变化梯度不同,基于此现象提出了一种判别A型噎塞的新方法,并对不同饱和夹带量下的噎塞速度进行了判定,绘制了噎塞曲线,经与常规提升管噎塞速度对比表明,受出口约束影响,相同颗粒循环强度下,组合变约束型出口提升管噎塞速度大于常规提升管,结合本研究装置特点及操作条件影响,建立了组合变约束型出口提升管的噎塞判别模型。为揭示噎塞产生机理及发展过程,测量了提升管内瞬态压力波动时间序列信号,并对其进行了时域与频域分析,通过对比噎塞点前后压力波动特征发现,采取有床层的操作模式时,气固两相行为受出口约束机制与底部气体提升机制协同影响,其显著特征为,气力输送状态下整个提升管压力波动标准偏差均较零床层操作模式明显增加,且沿提升管轴向压力波动标准偏差表现为上部大而下部小的规律,功率谱密度曲线有两个明显的主频,第一主频与零床层操作模式相近,第二主频频率在22.4 Hz附近,该主频为出口约束影响的特征频率;在颗粒循环强度一定而表观气速逐渐降低的过程中,出口约束作用逐渐减弱,下部压力波动标准偏差先是逐渐降低转而又逐渐增加,在噎塞点附近压力波动标准偏差最小,功率谱密度曲线由两个主频转变为一个主频,由此表明,在气力输送状态下,出口约束机制主导两相行为,提升管内流动参数体现为高幅高频波动,在快速流态化状态下,下部气体提升机制主导两相行为,提升管内体现为颗粒的沉积及低频高幅的压力波动,当二者作用相当时,发生A型噎塞转变。


成果综合统计
成果类型
数量
  • 期刊论文
  • 会议论文
  • 专利
  • 获奖
  • 著作
  • 9
  • 2
  • 0
  • 0
  • 0
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