气2固流化床中颗粒的内循环流动ξ.pdfVIP

第 12 卷第 4 期 高　校　化　学　工　程　学　报 　N o. 4 V o l. 12 1998 年 12 月 Jou rnal of Chem ical Engineering of Ch inese U n iversities D ec. 　1998 气固流化床中颗粒的内循环流动 郝晓刚　　石炎福　　余华瑞 ( 四川联合大学化学工程系, 成都 610065) 摘　要　从多尺度范围考察了气固流化床内尾涡颗粒流和乳化相颗粒流的运动规律, 将分散的 尾涡颗粒流和乳化相颗粒流连续介质化, 从流变学角度定义了颗粒流粘度, 用流体力学方法建立 了内循环流动结构的多尺度、连续介质流模型, 较好地揭示了颗粒循环流动的规律。实验观测支持 模型预测结果。 关键词　流化床　内循环流动　颗粒流　多尺度 1　前　　言 [ 1 ] 气固流化床中颗粒的总体循环运动现象早已被许多研究者在实验研究中观察到 , 它对 反应器中的流体返混行为以及传热、传质系数都有很大影响, 如何准确地描述和预计这种循环 流动, 关系到反应器设计和放大的有效性问题。 气固流化床内固体颗粒的运动和气泡的运动密不可分。固体颗粒运动所需的动量主要来 自于气相, 属于微尺度范围的单个颗粒运动具有随机、紊乱的特点, 而属于宏尺度和宇尺度[ 2, 3 ] 范围的气泡流、尾涡颗粒流却具有规律性。在此我们采用流体力学 的研究方法, 从宏尺度和宇尺度范围来探讨气固流化床内的颗粒 内循环流动结构, 建立相应的多尺度、连续介质流模型, 以揭示颗 粒内循环流动的本质。 2　颗粒内循环流动结构模型 2. 1　机理分析 KONDU KOV [ 4 ] 等人追踪床中单个颗粒的运动发现, 颗粒有 明确的上下运动, 向上很快, 向下较慢且有横向脉动。 和 ROW PA TR ID GE [ 5 ] 指出, 固体颗粒是在上升气泡的尾涡中随气泡一起上 　图 1　颗粒内循环流动示意图 升的。当气泡达到床表面时发生爆破, 尾涡从气泡的后面脱落, 下 　F ig. 1　Internal recirculation 落颗粒沿边壁返回分布板附近再被夹带向上, 形成颗粒的循环, 其 　of particles 1997- 09- 12 收到初稿, 1998- 02- 20 收到修改稿。 联系人: 石炎福, 第一作者: 郝晓刚, 男, 30 岁, 博士, 讲师, 现在太原理工大学化工系工作。 国家自然科学基金资助项目 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 气固流化床中颗粒的内循环流动 351 运动模式如图 1 所示。由实验观察可知轴向颗粒流量的径向分布有 如图 2 所示曲线, 分布曲线在边壁与床中心之间有一分界点, 在此点 其轴向平均流量为零。所以从宏尺度或宇尺度范围来研究颗粒群的 运动是有规律可循的。 2. 2　模型的建立 将分散于流化床中的尾涡颗粒流与乳化相颗粒流连续介质化, 即将它们看作是充满整个流场的连续介质, 与气泡相共存并按各自 　图 2　颗粒轴向流量示意图 的规律运动, 同时考虑到分散相实际的非连续性, 用分散相的容积通