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摘 要

目前，关于AC、BC类流化特征相差较大的双组分混合颗粒流化性能的研究还较少。本研究将在A、B类颗粒中分别添加入C类颗粒，研究AC、BC类混合颗粒的流化性能，探究C类颗粒的添加对A、B类颗粒流化性能的影响。为下一步的研究提供参考。

实验结果表明，C类颗粒的添加可以提高A类颗粒的床层膨胀率、密相床层空隙率、最小流化速度；提高B类颗粒的床层膨胀率、降低其最小流化速度。AC类混合颗粒存在最大气泡直径，其直径的变化趋势为：先随着高度的增大而增大，在达到最大值后开始减小。其直径的分布情况为小气泡均匀分布于全床，且占比很大；大气泡只存在于床的中上部。尺寸适中与流化床中间段的气泡出现很高上升速度的概率相对较大。

关键词：混合颗粒流化性能 床层膨胀率 密相床层空隙率 最小流化速度 气泡行为

Investigation on Fluidization Quality of Group A C and Group B C Particles

Abstract

At present, there are few studies on the fluidization quality of binary mixture of particles with large differences in fluidization characteristics of Group A C and Group B C particles. In this study, Group C particles were added into Group A and Group B particles respectively to study the fluidization quality of Group A C and Group B C binary mixture of particles. The influence of the addition of Group C particles on fluidization quality of Group A and Group B particles was researched to provide a reference for the following study.

The experimental results show that the addition of Group C particles can increase the bed expansion ratio of Group A particles, dense phase voidage, and minimum fluidization velocity. At the same time, Group C particles will increase the bed expansion ratio of Group B particles and reduce the minimum fluidization velocity. Group A C particles have the largest bubble diameter. As bed height increases, bubbles diameter begin to increase reaching the maximum diameter then decrease until bubbles leave the fluidized bed. The distribution of average bubble diameter is that small bubbles are uniformly distributed in the whole bed, and small bubbles have a large proportion. Larger bubbles only appear in the upper of the fluidized bed. Bubbles of proper size and existing in intermediate segments of the fluidized bed have a relatively high probability of great rising velocity.

Key Words: Mixed particles fluidization quality; Bed expansion ratio; Dense phase voidage; Minimum fluidization velocity; bubble behaviors

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 细颗粒流态化 1

1.1.1 流态化简介 1

1.1.2 Geldart颗粒分类 1

1.2 二维床与气泡行为的测量 2

1.2.1 二维床 2

1.2.2 气泡行为的测量 3

1.3 本课题研究意义与内容 4

1.3.1 研究意义 4

1.3.2 研究内容 4

第二章 实验部分 6

2.1 实验原理 6

2.1.1 床层膨胀率 6

2.1.2 床层塌落曲线 6

2.1.3 床层压降与最小流化速度 7

2.1.4 气泡行为的测量方法 7

2.2 实验材料 9

2.3 实验流程 9

2.3.1 三维床 9

2.3.2 二维床 10

第三章 结果与分析 12

3.1 床层膨胀率 12

3.2 床层塌落行为 13

3.2.1 床层塌落曲线 13

3.2.2 密相床层空隙率 14

3.3 床层压降与最小流化速度 15

3.3.1 FCC55与GB6混合颗粒 15

3.3.2 GB39与GB6混合颗粒 15

3.3.3 Sand156与GB6混合颗粒 16

3.4 气泡分布 17

3.4.1 气泡直径分布 17

3.4.2 气泡直径变化 19

3.5 气泡上升速度 20

3.5.1 气泡上升速度与气泡尺寸的关系 20

3.5.2 气泡上升速度与床层高度的关系 21

第四章 结论与展望 22

4.1 结论 22

4.2 展望 22

参考文献 24

致谢 27

第一章 文献综述

1.1 细颗粒流态化

1.1.1 流态化简介

固体流态化现象是固体颗粒在流体的作用下悬浮在流体中或随流体流动，从而使得固体颗粒具有一般流体性质的现象^[1-3]。利用这种固体与流体接触方式应用到生产操作过程，称为流态化技术。流态化技术具有床层温度均匀、传热传质速率高、物料运输方便、控制简单可靠等优点，因此广泛应用于化工、炼油、材料等领域^[3]。

固体颗粒被流化所呈现的状态会因气速、气固物料性质的不同而变化。气体从流化床下部气体分布器进入流化床。当气体流量较小时，气体产生的曳力小于颗粒重力，固体颗粒不因流体经过而流动，此现象被称为固定床^[4]。继续增加气体流量，气体带给颗粒的曳力平衡颗粒重力，使得颗粒悬浮在气体中，这时颗粒开始进入流化状态，这种状态称为临界流化，相应的气体速度即最小流化速度^[5]。进一步增加气体流量，对大多气固流化床而言，流化床内出现气泡，之后气泡不断聚并，生长与分裂，形成鼓泡流化床^[3]。这种流化过程也称为聚式流态化，此时床中存在明显两相：一为气泡所处的气泡相或称稀相；二为颗粒以及颗粒间气体所组成的密相，常常称为乳相、颗粒相^[6]。如果床高与直径的比值足够大，气泡的尺寸有可能会变得与床直径相同，形成节涌床。当气体流量继续增加，流化床内固体颗粒会急剧沸腾，加速气泡的生长、分裂，转为湍动流化床。当气体流量足够大，超过颗粒的终端速度后，床内固体颗粒将被带出，此现象被称为气力传输^[7,8]。

1.1.2 Geldart颗粒分类

如图1-1所示，Geldart在1973年根据颗粒粒度、密度对气固流化的影响将颗粒分为A、B、C、D四大类，称为Geldart颗粒分类法^[9]。

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