带纵向涡流发生器喷动床内颗粒流动特性PIV实验及数值模拟

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1、分类号１．１１０６９７：ＴＱ０５学校代码：密级：公开学号：２０１５３１５６０ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ颀士专业字位论文ＤｉｓｓｅｒｔａｔｆｒｒｉｏｎｏｔｈｅＰｏｆｅｓｓｉｏｎａｌＤｅｇｒｅｅｏｆＭａｓｔｅｒ带纵向涡流发生器喷动床内颗粒流动特性ＰＩＶ实验及数值模拟学科名称：化学工程专业学位类别：工程硕士作者：尚灵祎指导老师：吴锋教授党土利高工西北大学学位评定委员会二〇＿八年六月PIVExperimentandNumericalSimulationofParticleF

2、lowCharacteristicsinSpoutedBedwithLongitudinalVortexGeneratorAthesissubmittedtoNorthwestUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinChemicalEngineeringByShangLingyiSupervisor:WuFengProfessorDangTuliSeniorEngineerJune2018摘要喷动床作为高效气固接触器被广泛应用到许多领域，如干燥、涂层、废弃

3、物的燃烧和气化等。随着喷动技术应用范围的不断推广及其研究的深入，国内外研究者提出了各种结构改进措施，例如：导向管喷动床，多喷头喷动床，喷动流化床，旋转喷口喷动床，射流喷动床等。传统喷动床内的介质颗粒具有明显的内外分层流动特点，床层内颗粒缺少径向混合，使得部分颗粒的表面未能获得充分利用，对床内传热传质产生不利的影响。针对以上情况，本课题组将纵向涡流发生器及纵向涡流技术引入喷动床内气固两相流动过程，并通过实验证明纵向涡流发生器能够有效强化喷动床内颗粒相的径向运动，从而强化床内物料的横向混合。本文采用实验测量与数值模拟相结合的方法进一步探究了带纵向涡流发生器

4、喷动床内气固两相运动规律的影响，以期为深入应用于粉-粒喷动床半干法水汽化脱硫过程的强化提供冷模实验基础，并为其工业放大提供帮助。实验采用粒子图像测速技术（PIV）研究了静床层高度、扰流元件排数、颗粒粒径及颗粒密度等参数的变化对带纵向涡流发生器喷动床内颗粒相运动规律的影响。结果表明，喷动床内纵向涡发生器对颗粒运动的强化存在空间的不均匀性，在喷动床有限的空间范围内,存在最佳的静床层高度使得纵向涡流发生器对颗粒径向运动的强化效果达到最佳。整体而言，单排及双排纵向涡流发生器的颗粒径向速度强化效果最佳，随着静床层高度的增加，多排纵向涡流发生器对喷射区颗粒径向速度

5、影响逐渐减小，而对环隙区颗粒径向速度影响逐渐增大。在喷动床稳定喷动范围内，颗粒粒径及颗粒密度越小纵向涡流对颗粒相径向运动的强化效果越佳。采用数值模拟对带纵向涡流发生器喷动床内的颗粒相流动特性实验进行校核，进一步分析了颗粒密度及静床层高度对喷动床内气固两相流动的影响。结果表明，模拟结果得到的颗粒径向速度分布与实验结果吻合良好。床内颗粒体积分数分布均匀性与颗粒密度成负相关。静床层高度越低，颗粒处理量越少，床层高度越低，速度流场均匀性程度越高。关键词：纵向涡流发生器，气固两相，粒子图像测速技术（PIV），数值模拟，流场均匀性IAbstractAsaneffi

6、cientgas-solidcontactor,thespoutedbediswidelyusedinmanyfields,suchasdrying,coating,wastecombustionandgasification.Withthecontinuouspopularizationoftheapplicationscopeofthesprayingtechnologyanditsresearch,theresearchersathomeandabroadhaveproposedvariousstructuralimprovementmeasur

7、es.Forexample,theguidetubespoutedbed,multi-jetspoutedbed,jetfluidizedbed,rotarynozzlespoutedbed,jetspoutedbedandsoon.Traditionalmediaareobservedinthespoutedbedhasobviousinternalandexternalcharacteristicsofstratifiedflow.Lackingofparticlesinbedradialmixingmakespartofthesurfaceoft

8、heparticlesfailedtogetfulluseofandtheadverseimp