氣液固循環(huán)流化床自組織結(jié)構(gòu)可視化研究.pdf

1、自組織現(xiàn)象是指自然界中自發(fā)形成的宏觀時(shí)空有序結(jié)構(gòu)現(xiàn)象，是十分普遍的自然和社會現(xiàn)象。自然界中典型的自組織現(xiàn)象有：Bé nard流體的對流花紋、Belousov-Zhabotinsky化學(xué)振蕩花紋與化學(xué)波、激光器中的自激振蕩等。流態(tài)化系統(tǒng)也常出現(xiàn)自組織流動現(xiàn)象，流化的固體顆粒自發(fā)地以聚團(tuán)形式有規(guī)律運(yùn)動，氣泡及其尾渦做螺旋式上升運(yùn)動等。對氣液固循環(huán)流化床（Gas-Liquid-solid circulating Fluidized Bed，G

2、LSCFB）體系內(nèi)的自組織流動結(jié)構(gòu)，尤其是顆粒團(tuán)聚行為以及氣泡與顆粒混合團(tuán)聚行為等開展研究，可以增加對系統(tǒng)的基礎(chǔ)理解，并為改善其傳質(zhì)、傳熱性能，開發(fā)高效流化床反應(yīng)器提供理論依據(jù)，從而具有重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。但國內(nèi)外這方面的報(bào)道較匱乏。 本文設(shè)計(jì)和建立了一套氣-液-固循環(huán)流化床裝置，通過搭建CMOS高速攝像測試系統(tǒng)，對GLSCFB上行床及下行床內(nèi)的自組織團(tuán)聚行為進(jìn)行了較為系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。分別以成顆粒團(tuán)聚狀態(tài)顆粒數(shù)和成混合團(tuán)聚

3、狀態(tài)顆粒數(shù)占總顆粒數(shù)的比率以及成混合團(tuán)聚狀態(tài)氣泡數(shù)占總氣泡數(shù)的比率等幾個(gè)物理量為目標(biāo)函數(shù)，考察了操作條件、流體物性和顆粒物性等對GLSCFB內(nèi)團(tuán)聚行為的影響，得到了一些結(jié)果。在GLSCFB內(nèi)存在的顆粒團(tuán)聚體以二、三重顆粒團(tuán)居多，混合團(tuán)聚體一般以一個(gè)氣泡夾帶二至四個(gè)顆粒所組成的混合團(tuán)聚體居多。在本實(shí)驗(yàn)研究操作條件范圍內(nèi)，顆粒團(tuán)聚體的平均生命周期維持在0.07 s左右，而混合團(tuán)聚體的平均生命周期受外界影響較大，變化范圍為0.02～0.07