液固循環(huán)流化床自組織流動結構研究及分形重構建模.pdf

1、液固循環(huán)流化床分離系統(tǒng)具有處理流量較大，傳質(zhì)速度快，軸向返混小，且下行床吸附和上行床解吸可同時進行等優(yōu)點。但是，固體顆粒在流化狀態(tài)下常常自發(fā)地聚集成幾個顆粒直徑大小的顆粒團而運動，降低了實際操作中的分離效率。顆粒的這種類似于單相湍流的結構的自組織團聚行為，稱為自組織結構或相干結構。 國內(nèi)外對于流化床內(nèi)的顆粒團聚研究在氣固方面較多；在液固方面，主要研究了表觀液速、液體粘度、顆粒密度、顆粒尺寸等對顆粒團聚的影響；但是研究范圍大多限于

2、液固膨脹床，如：Wilhelm和Kwauk用水流化密度很大的鉛粒，發(fā)現(xiàn)了床層中顆粒的聚式流化行為；Fan對二維液固膨脹床中的玻璃珠和尼龍顆粒的團聚和破碎分析；邱歐通過考察液體粘度對顆粒團聚的影響提出了最佳粘度模型等。在液固循環(huán)流態(tài)化領域：梁五更通過對上行床中的軸徑向顆粒固含率的研究建立了上行床環(huán)核模型；Lan考察了上行床中的離子交換樹脂顆粒的軸向固含率分布。由于液固循環(huán)流態(tài)化中顆粒團聚結構方面，國內(nèi)外研究較少，因此本文對液固循環(huán)流化床內(nèi)

3、部的固體顆粒流動和團聚行為的影響因素進行了較為全面地研究。 本文應用CCD圖像采集和處理系統(tǒng)對液固循環(huán)流化床上行床中顆粒流動結構進行研究，考察了不同顆粒尺寸、密度，流體的粘度，主、輔水流對顆粒團聚的影響。研究結果表明，液固循環(huán)流化床中主要以二、三重顆粒團居多，大顆粒團較少且多為帶狀或線型結構，形狀不規(guī)則的大顆粒團不能較穩(wěn)定地存在。分形維數(shù)作為描述非線性系統(tǒng)中自相似性的一個特征參數(shù)，在很大程度上可以表征顆粒的團聚程度和分布狀況。通

4、過實驗發(fā)現(xiàn)：顆粒團數(shù)目和分形維數(shù)隨著顆粒尺寸的增加而減小，隨著顆粒密度，液體粘度的增加而增加；但是，隨著主、輔水流液速的增加其呈先增大后減小的趨勢。 本文通過對床層分形維數(shù)的研究，建立了考察顆粒團聚多因素的模型。在模型中，給出了循環(huán)流化床上行床中心流區(qū)域半徑的計算方法，并以分形理論為基礎，參考段一然的氣泡分形假說，利用Cantor分形集，對液固循環(huán)流化床內(nèi)顆粒團聚結構進行了重構。模型模擬了顆粒密度、尺寸、流體的密度、粘度等條件的