低料位操作下氣固擋板流化床的壓力脈動特性

1、題目： 低料位操作下氣固擋板流化床的壓力脈動特性 低料位操作下氣固擋板流化床的壓力脈動特性摘要：基于當(dāng)前的這一套機(jī)玻璃流化床冷模實(shí)驗(yàn)裝置，還是應(yīng)該要將CRP-1催化裂解催化劑顆粒直接幻化成為內(nèi)部固體介質(zhì)，并將常溫空氣作為一項(xiàng)流化介質(zhì)，通過對氣速的不斷調(diào)節(jié)，初始裝料高度（H ）為450 mm的操作條件下，內(nèi)構(gòu)件安裝在靜床高度上方的操作模式，分析床層內(nèi)的壓力脈動特性。結(jié)果表明：單構(gòu)件床內(nèi)平均壓力隨表觀氣速的增大將出現(xiàn)三個(gè)階段：0.04 Ug 0.48 m/s，平均壓力隨表觀氣速的增大緩慢增大；0.48 Ug 0.83 m/s，平均壓力隨之快速增大；0.83 Ug 1.14 m/s，平均壓力隨之幾乎

2、不變。伴隨著軸向高度的不斷增大，壓力也會呈現(xiàn)出逐漸下降的情況。伴隨著床層高度的逐步升高，壓力脈動標(biāo)準(zhǔn)也會急劇下降。特別是在床層底端，床層升高之后，床層的中部壓力脈動標(biāo)準(zhǔn)偏差隨床層高度變化不大，0.6 m的床層在不斷增高的這一過程當(dāng)中，壓力脈動標(biāo)準(zhǔn)偏差比值也會呈現(xiàn)出先增大后減小的這一情況。當(dāng)氣速在0.04 m/sUg0.44 m/s范圍內(nèi)時(shí)單構(gòu)件流化床中的氣固兩相處于湍動流態(tài)化階段。當(dāng)0.44 m/sUg0.83 m/s時(shí)，流化床內(nèi)氣固兩相處于鼓泡-節(jié)涌過渡流態(tài)化，壓力脈動功率譜密度曲線表現(xiàn)為單主頻，并且主頻密度值遠(yuǎn)大于其他頻率所對應(yīng)的密度值。當(dāng)單構(gòu)件床中氣固兩相處于鼓泡流態(tài)化階段（Ug0.83

3、 m/s）時(shí)，主頻功率與相鄰頻率的功率差別較鼓泡-節(jié)涌過渡流態(tài)化而言較小。關(guān)鍵詞：氣固兩相流；流動特性；壓力脈動；功率譜畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文摘要Title Pressure pulsation characteristics of gas-solid baffle fluidized bed under low level operationAbstractBased on the present series of mechanical fluidized bed cold model experimental apparatus, it is still necessary to conv

4、ert the crp-1 catalytic cracking catalyst directly into the internal solid medium and use ambient air as a fluidizing medium for passing the gas velocity. The internal components are installed in the operating mode above the bed height in order to analyze the pressure pulsation characteristics withi

5、n the bed by continuously adjusting under the initial load height (H) 450 mm operating conditions. The results show that the mean pressure in the single component layer increases with increasing surface gas velocity in three steps: the average pressure increases slowly with increasing surface gas ve

6、locity; the mean pressure increases rapidly. It is almost unchanged. As the axial height increases, the pressure gradually decreases. As the height of the bed increases gradually, the pressure pulsation criterion also decreases sharply. In particular, the standard deviation of pressure pulsation at

7、the bottom of the bed shows the standard deviation of the pressure pulsation at the center of the bed, when the standard deviation of the pressure pulsation increases first and then decreases in the process of increasing the height of the 0.6 m bed, which is hardly changed by the height of the bed.

8、When the gas velocity is in the range of 0.04M/sUg0.44M/s, gas-solid two-phase flow in a single component fluidized bed is at the stage of Turbulent Fluidization. In the case of 0.44m/sUg0.83M/s, the gas-solid phase in the fluidized bed is in bubbling bottle transition fluidization, and the pressure

9、 ripple power spectral density curve appears as a single dominant frequency and is much larger than the density value corresponding to the other frequency density value. When gas-solid two-phase in a single component bed is at bubbling fluidization stage (Ug0.83M/s), the power difference between the

10、 main frequency power and the adjacent frequency is smaller than that of bubbling bottle transition fluidization.Key words: gas-solid two-phase flow; flow characteristics; pressure pulsation;power spectral densities (PSD)目 錄1 緒論- 1 -1.1 研究背景- 1 -1.2 壓力脈動特性的研究- 2 -1.3 本課題研究的目的及意義- 4 -2 實(shí)驗(yàn)部分- 4 -2.1 實(shí)

11、驗(yàn)裝置及流程- 4 -2.2 實(shí)驗(yàn)介質(zhì)及操作條件- 6 -2.3 實(shí)驗(yàn)裝置中測點(diǎn)分布- 6 -3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論- 7 -3.1壓力脈動信號的標(biāo)準(zhǔn)偏差分析- 7 -3.2單構(gòu)件床內(nèi)流動過程及其變化規(guī)律- 8 -3.3單構(gòu)件床不同軸向位置的壓力分布- 9 -3.4單構(gòu)件床不同軸向位置的壓力脈動標(biāo)準(zhǔn)偏差特征- 10 -3.5床層不同軸向位置的壓力脈動標(biāo)準(zhǔn)偏差與壓力比分布特征- 11 -3.6單構(gòu)件床h=0.45 m處壓力脈動功率譜密度分析- 12 -結(jié)論- 18 -參考文獻(xiàn)- 19 -致謝- 21 -1 緒論1.1 研究背景在當(dāng)前的石油、輕工等諸多行業(yè)當(dāng)中，大量的顆粒與粉塵狀固體材料已然被直接直接

12、當(dāng)成了催化劑。將氣體與液體這二者進(jìn)行比較，這些塊狀固體在加工、儲存等諸多方面仍然存在極大的弊端。為此，人們必須要清楚的認(rèn)識到一點(diǎn)，這一塊狀固體材料表現(xiàn)出了強(qiáng)大的流體性能，這也被直接稱作為固體流態(tài)化這一現(xiàn)象。在當(dāng)前的流化工程當(dāng)中，一共包含了五個(gè)重要的研究領(lǐng)域1，其所涉及的工藝、系統(tǒng)等范圍極為廣泛，所普及的應(yīng)用范圍也變得極為廣泛。特別是當(dāng)前的流化床技術(shù)在工業(yè)方面已經(jīng)得到了一定的應(yīng)用，在現(xiàn)代工業(yè)當(dāng)中也得了大規(guī)模的普及，溫克勒在1922年的時(shí)候，就已經(jīng)將粉煤氣化的氣固流化床運(yùn)用了起來，并取得了一定的成就。在同一時(shí)間，美國也還專門建構(gòu)起了第一座石油催化裂化流化床反應(yīng)器，流態(tài)化技術(shù)也在物理操作、礦產(chǎn)資源等

13、方面得到了極為廣泛的應(yīng)用。對于鼓泡床和湍流床這兩項(xiàng)工具而言，其主要表現(xiàn)出了顆粒濃度高、氣固接觸時(shí)間長等諸多特點(diǎn)，在傳播的過程當(dāng)中，整個(gè)傳熱效率也極為迅速。但是，在當(dāng)下的鼓泡床或湍流床當(dāng)中，一旦細(xì)顆粒在湍流床已經(jīng)直接被流化，床內(nèi)氣泡也會表現(xiàn)出較大的狀態(tài)，整個(gè)氣固接觸效率也會大幅度降低下來。所以，此時(shí)則應(yīng)該采取將氣泡性能分散、減小氣泡尺寸等多種措施來加以于應(yīng)用。張永民等還專門針對于擋板內(nèi)構(gòu)件進(jìn)行切實(shí)的開發(fā)，最終證實(shí)了一點(diǎn)，只要在床內(nèi)安裝構(gòu)件，那么則可以很好的抑制氣泡的生長情況，在這一情況之下，整個(gè)床的流化質(zhì)量也會得到大幅度的提升。所以，在流化床當(dāng)中直接加入一項(xiàng)內(nèi)構(gòu)件才是當(dāng)下要?jiǎng)?wù)。此外，在安裝內(nèi)構(gòu)件

14、的時(shí)候3，其下方一定會出現(xiàn)“空腔”這一情況，物料的位置也會出現(xiàn)一定的變化，由底部直接會轉(zhuǎn)移到內(nèi)件上部，在這種情況之下，上方的床身高度也會陡然增加。在一般的內(nèi)部構(gòu)件當(dāng)中，其主要包含了水平構(gòu)件、垂直構(gòu)件等在內(nèi)的三個(gè)部分。在這一項(xiàng)目當(dāng)中，其一般都是直接基于河北工業(yè)大學(xué)張少峰課題開始研究，從而讓塔內(nèi)氣液接觸性能得以大幅度增強(qiáng)。當(dāng)處于氣液平行流柱當(dāng)中進(jìn)行一系列實(shí)驗(yàn)，其已經(jīng)直接表明了一點(diǎn)5，氣液旋流與射孔流動這二者會產(chǎn)生極強(qiáng)的相互作用，此時(shí)的內(nèi)部構(gòu)件的壓降也會大幅度的下降。在這一課題當(dāng)中，還會專門將一套填加雙立體旋流篩板內(nèi)構(gòu)件的流化床冷模實(shí)驗(yàn)裝置之上來進(jìn)行分別化測驗(yàn)，由此了解到鼓泡床與湍動床這二者之間的壓

15、差脈動所存在的特性。1.2 壓力脈動特性的研究事實(shí)上，在當(dāng)前的這一壓力脈動信號當(dāng)中，其主要能夠直接將流化床內(nèi)部氣泡特性、物料特性等全部都反映出來。壓力脈動信號不僅可以用于識別不同流型、判斷流化床內(nèi)部兩相流化質(zhì)量，還可用于流化床故障的指示，因此壓力脈動特性分析是研究流化床的重要手段。在當(dāng)前的這一鼓泡流化床當(dāng)中，氣泡在發(fā)生運(yùn)動之后，此時(shí)也會產(chǎn)生極強(qiáng)的壓力波動。氣泡主要會存在于流體力學(xué)、氣固混合等多個(gè)方面之上。在20世紀(jì)50年代與60年代的這一時(shí)期，大部分的相關(guān)人員已經(jīng)正式在流化床當(dāng)中詳細(xì)的了解到了當(dāng)下的這一種壓力脈沖現(xiàn)象，究其原因，其實(shí)仍然存在諸多差異。在大部分人的眼中，壓力脈沖與床層高度波動存在

16、著極強(qiáng)的關(guān)聯(lián)，在這種情況之下，氣泡也會直接從床層表面逸出，壓力脈沖也會由此產(chǎn)生。除此之外，另外一種觀點(diǎn)則是覺得，當(dāng)氣泡運(yùn)動發(fā)生之后，這必然會引起后續(xù)的一系列流動模式，整個(gè)壓力脈動也會受到極大的影響6。前人還專門針對于壓力脈沖信號進(jìn)行詳細(xì)的研究，在壓力脈沖當(dāng)中也沒有形成一種直接化的聚結(jié)情況，這也無法很好的開展一系列的氣泡運(yùn)動。床面附近的壓力脈動與氣泡的運(yùn)動這二者之間存在極大的關(guān)聯(lián)，之所以會出現(xiàn)床面中部的脈動情況，還是因?yàn)樾馀莺痛髿馀葸@二者被聚結(jié)在一起引發(fā)的合力。Van derschaaf 等還專門針對于鼓泡流化床壓力波動的實(shí)際情況來做出判斷，并切實(shí)地了解到高速度、壓力波的上升運(yùn)動等乙烯類情況，

17、一旦此時(shí)的傳播速度變小，那么氣泡也會陡然上升。一般而言，壓力保持著向上運(yùn)動幅值的這一狀態(tài)，整個(gè)流化床壓力脈動也表現(xiàn)出了非常明顯的波動,其所涉及的信號也能夠直接將流化床的各種信息是全部都傳遞出來，從而再將脈動信號全部都了解清楚，并盡快推動流化床這一問題能夠予以解決。在當(dāng)前的這一課題當(dāng)中，主要還是會在流化床當(dāng)中直接設(shè)置一塊立體旋流篩板形式的擋板內(nèi)構(gòu)件，通過這種方式來讓全床流化質(zhì)量得以提升。1.2.1壓力信號脈動的標(biāo)準(zhǔn)偏差分析所謂壓力脈動標(biāo)準(zhǔn)偏差指的就是在這一整個(gè)流化床內(nèi)部兩相流動的綜合指標(biāo)，其可以將兩相整體的流動狀態(tài)直接反映出來。在這一次的實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，其所用的設(shè)備、物料等都保持著極為統(tǒng)一的一致性，所

18、以在進(jìn)行這一次實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，還是應(yīng)該考慮到其中所存在的中壓力脈動標(biāo)準(zhǔn)情況。 在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的時(shí)候，標(biāo)準(zhǔn)差分析法則顯得十分適用，其在整個(gè)社會當(dāng)中都得到了極為普遍化的運(yùn)用 7,8。通過利用標(biāo)準(zhǔn)偏差這一種方式來進(jìn)行分析之后，此時(shí)則可以將任意時(shí)刻的瞬態(tài)壓力直接予以分階，從而劃分成為平均值P與波動值P這兩項(xiàng)的和，具體如下平均值P主要指的是軸向壓力值。當(dāng)P的均值為零，任意一個(gè)測量點(diǎn)的壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差S也會表現(xiàn)出以下狀態(tài)在這一方程式當(dāng)中，N主要代表的就是采樣數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)。在鼓泡流化床當(dāng)中，壓力波動一般都是由氣泡運(yùn)動所產(chǎn)生。薛軍鵬等9則是針對于當(dāng)前的大顆粒流化床上進(jìn)行分析，氣泡在不斷運(yùn)動的過程當(dāng)中，其也會產(chǎn)生諸多一系列

19、變化，這會直接影響壓力數(shù)據(jù)的實(shí)際波動情況。針對于流化床壓力信號低頻分量進(jìn)行切實(shí)的分析，由此可以直接判斷出此時(shí)流化床物料正處于流化狀態(tài)。張永民等10還專門將床層壓力脈動情況了解清楚，并通過運(yùn)用動態(tài)壓力信號的標(biāo)準(zhǔn)差來直接說明整個(gè)壓力脈動的實(shí)際大小。最終結(jié)果已經(jīng)直接表明了一點(diǎn)，當(dāng)表觀氣速不斷增大，壓力脈動則會表現(xiàn)出先增大后減小的狀態(tài)。壓力脈動的峰值點(diǎn)本就是這個(gè)床泡狀流化與湍流流化的起始點(diǎn)。由此可見，流化床壓力脈動與氣泡特性這二者呈現(xiàn)出了極為緊密的聯(lián)系，床層的平均氣泡直徑也在大幅度的減小。1.2.2功率譜分析在進(jìn)行頻域分析的時(shí)候，功率譜分析則是一種使用較為普遍的方式。其所堅(jiān)持實(shí)際基本原理具體如下：用相

20、關(guān)函數(shù)來準(zhǔn)確的描述某一時(shí)刻數(shù)據(jù)與另一時(shí)刻數(shù)據(jù)這二者之間所存在的關(guān)系，具體情況如下：xxt=minT1TT2T2xtxt+d函數(shù)發(fā)生變化之后，具體情況如下：P=+xxteitdt由此可見，功率譜密度函數(shù)在發(fā)生切實(shí)的變化之后，我們也能夠清楚的直到能量在頻域的實(shí)際分布情況，在對功率譜圖像進(jìn)行進(jìn)一步分析之后，流化床的一些性能也能夠直接突顯出來。對于功率譜而言，其最為重要的一項(xiàng)特征就是存在一個(gè)尖峰區(qū)(主頻），其所具備的能量最大，相對應(yīng)的頻率、高度等多項(xiàng)參數(shù)也會產(chǎn)生息息相關(guān)的聯(lián)系，在這種情況之下，流化床的操作狀況也能夠被直接反映出來。在測定功率譜的這一過程當(dāng)中，還應(yīng)該對于流動域予以定性與定量判斷，從而讓這

21、一流域劃分得更加準(zhǔn)確11，由此可見，功率譜密度函數(shù)壓力時(shí)間序列也會直接予以明確下來。劉寶勇等12在采集分布板這一情況之下，軸向高度的瞬時(shí)壓力波動信號的功率也會大大增加，從而了解其中的一個(gè)最大振幅最大點(diǎn)(主頻），并直接了解到固體顆粒循環(huán)速率變化、操作氣速變化等諸多情況。在氣固兩相流這一領(lǐng)域當(dāng)中，Svoboda等13還專門針對于流化床中氣速、顆粒直徑等多個(gè)方面的對應(yīng)關(guān)系了解清楚，學(xué)者劉燕等14再將功率譜和Hurst對大顆粒三相流化床壓力脈動綜合分析得出了大顆粒循環(huán)流化床壓力實(shí)際波動信號?；谏鲜龅膶?shí)際情況看來，在進(jìn)行循環(huán)流化床的流體動力學(xué)研究的時(shí)候，還是應(yīng)該對于具體的裝置類型進(jìn)行處理，特別是要清楚

22、的了解到下流化床的流動特性。流化床的壓力脈動能夠?qū)⒘黧w在床內(nèi)的瞬時(shí)流動狀態(tài)直接反映出來，從而了解整體的流動規(guī)律，壓力脈動信號本身就具備一定的隨機(jī)性，其在釋放壓力脈動信號的時(shí)候也必然會表現(xiàn)出這一特性。1.3 本課題研究的目的及意義針對于以往的實(shí)際研究情況看來，前人早已經(jīng)證明了一點(diǎn)，在床層內(nèi)部可以直接安裝一個(gè)構(gòu)件，通過這種方式，整個(gè)全床流化質(zhì)量也能夠得以提升。在這一次的實(shí)驗(yàn)研究過程當(dāng)中，在床層內(nèi)低料位添加一個(gè)旋流篩板內(nèi)構(gòu)件，此時(shí)則能夠更加直觀的了解到其的壓力（壓差）脈動特性，并對其做出深度的分析。針對于不同的實(shí)驗(yàn)條件來進(jìn)行比較，從而了解到床層壓力脈動實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)偏差值，從而真正了解到床的壓差脈動特性的

23、詳細(xì)信息，這一思想指導(dǎo)也會進(jìn)行到位。2 實(shí)驗(yàn)部分2.1 實(shí)驗(yàn)裝置及流程整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置以及具體的流程具體參見下圖1：在這一裝置主體當(dāng)中，其主要涉及了小直徑的床層段、旋流篩板式氣固擋板等多個(gè)部分，在了解其中存在的旋風(fēng)分離器與旋流篩板式氣固擋板當(dāng)中，并選擇一種透明的有機(jī)玻璃。在選擇床層段的時(shí)候，尺寸則表示了90 mm3350 mm，整個(gè)沉降段尺寸也達(dá)到了280 mm2200 mm / 380 mm900 mm，再將擴(kuò)徑段的高度直接拔高，總體達(dá)到了200 mm和100 mm；在床層底部分布器之上來均勻的開設(shè)起個(gè)直徑為5 mm的小孔，整體的開孔率已經(jīng)達(dá)到了2.78%。在當(dāng)前的這一旋流篩板式氣固擋板當(dāng)中，其

24、主要包含了內(nèi)筒、外筒等多個(gè)部分，并通過SLA光敏樹脂3D打印這一種方式來制成。外筒外徑與壁厚這二者之間達(dá)到了100 mm和5 mm，相應(yīng)的，內(nèi)筒外徑與壁厚分別為20 mm與3 mm，旋流篩板厚度一般為1 mm，扭轉(zhuǎn)角度則達(dá)到了90，在每一塊板上需要均勻開設(shè)34個(gè)小孔，每一個(gè)直徑需要保持在5 mm。內(nèi)筒和外筒需要直接控制在同一軸線之上，并將其直接固定在內(nèi)筒、外筒的壁上，三者高度已經(jīng)達(dá)到了50 mm。氣體從風(fēng)機(jī)當(dāng)中直接通過轉(zhuǎn)子流量計(jì)來進(jìn)行計(jì)量，顆粒在床層內(nèi)流化之后，床面也會彈濺起較多的顆粒大，布袋除塵器也應(yīng)該要予以凈化后直接放空。1.旋風(fēng)機(jī) 2.緩沖罐 3.轉(zhuǎn)子流量計(jì) 4.流化床 5.旋流篩板6.

25、下變徑筒 7.上變徑筒 8.布袋除塵器 9.旋風(fēng)分離器 10.料腿圖1 實(shí)驗(yàn)裝置以及具體的流程示意圖 1-內(nèi)筒 2-外筒 3-旋流篩板圖2 旋流篩板示意圖2.2 實(shí)驗(yàn)介質(zhì)及操作條件在這一次的實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，CRP-1也會直接催化裂解為一種固體介質(zhì)，整個(gè)物性參數(shù)直接參見下表1所示，將常溫空氣直接轉(zhuǎn)換為流化介質(zhì)，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的這一過程當(dāng)中，介質(zhì)體系中的最小流化速度則會直接控制在0.0022 m/s。初始裝料高度達(dá)到了450 mm、350 mm，在通過調(diào)控之后，整個(gè)氣速（Ug）也會與相流化床的流動特性直接結(jié)合到一起，基于當(dāng)前的工業(yè)裝置的實(shí)際操作范圍情況看來，整個(gè)表觀氣速（Ug）達(dá)到了0.041.14 m/s

26、，再將26個(gè)采樣點(diǎn)選取下來，整個(gè)體積流量間隔效率為1 m3/h。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程當(dāng)中，壓力信號也會直接通過壓力傳感器這一種方式來完成采集工作。壓力傳感器在運(yùn)用起來之后，北京傳感星空公司還專門生產(chǎn)出了一樣CGYL-204型平膜傳感器，整體的精度達(dá)到了B級，整體范圍為015 kPa。在進(jìn)行床層段測點(diǎn)的時(shí)候，還是應(yīng)該要在內(nèi)構(gòu)件上、下方一定區(qū)域當(dāng)中進(jìn)行設(shè)定，最終讓壓力傳感器探頭與床層段內(nèi)壁面保持齊平狀態(tài)。表1 CRP-1催化裂解催化劑顆粒物性參數(shù)平均顆粒直徑（mm）顆粒密度（kg/m3）顆粒堆積密度（kg/m3）7514558752.3 實(shí)驗(yàn)裝置中測點(diǎn)分布在當(dāng)前的這一課題當(dāng)中，還是會針對于流化床內(nèi)壓力

27、脈動的特性予以了解，并將其中的信號特性展現(xiàn)得淋漓盡致。將壓力傳感器安裝在流化床段當(dāng)中之后，還應(yīng)該將軸向進(jìn)行布置，一共包含了6個(gè)測量點(diǎn)，具體參見下圖3，由低到高來進(jìn)行編號，具體為1、2、3，相應(yīng)的距離流化床分布板高度為0.28 m、0.45 m、0.60 m。圖3 實(shí)驗(yàn)裝置中測點(diǎn)布置圖3實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與討論3.1壓力脈動信號的標(biāo)準(zhǔn)偏差分析基于當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)偏差來進(jìn)行切實(shí)的分析，從而對于流化床壓力脈動特性予以了解。第一，在發(fā)射了原始壓力信號之后，從而再將奇異點(diǎn)、消除趨勢項(xiàng)等全部都展現(xiàn)出來?；趬毫γ}動標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行偏差方面分析。在傳遞出壓力脈動信號之后，再對其予以標(biāo)準(zhǔn)偏差分析，從而了解到具體的壓力脈動強(qiáng)度，其

28、的具體方法如下：在任意時(shí)刻之下，瞬態(tài)壓力信號值Pi會被直接分解出來，從而構(gòu)成平均值P與波動值P這兩項(xiàng)之和，具體為Pi =P +P，在N個(gè)樣本當(dāng)中的標(biāo)準(zhǔn)偏差具體為：N代表的就是采樣數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)。在當(dāng)前的這一實(shí)際情況看來，整個(gè)平均壓力脈動信號標(biāo)準(zhǔn)偏差也會直接將壓力脈動的劇烈程度反映出來。3.2單構(gòu)件床內(nèi)流動過程及其變化規(guī)律圖4是不同軸向高度下平均壓力隨表觀氣速的變化曲線，在不同軸向高度，隨著表觀氣速的增大，此區(qū)域的兩相流動經(jīng)歷三個(gè)不同的階段。0.04 Ug 0.48 m/s時(shí)，分布板處扔產(chǎn)生較大的氣泡，氣泡在上升過程中有所增大但并沒有形成氣栓。大氣泡與密相交替通過內(nèi)構(gòu)件的現(xiàn)象出現(xiàn)在構(gòu)件下方，這是由內(nèi)構(gòu)

29、件上方物料返混引起的，此時(shí)上料與返混強(qiáng)度相當(dāng)，并且上料與返混存在一定的周期。0.48 Ug 0.83 m/s時(shí)，上料大于返混，密相高度下降，上料速度隨之降低，直到上料與返混強(qiáng)度相當(dāng)，此時(shí)達(dá)到動態(tài)平衡，平均料面將不再變化，此時(shí)氣泡由射流頂端產(chǎn)生，氣泡在上升過程中不斷聚并，在構(gòu)件下方的密相床面破裂。0.83 Ug 1.14 m/s，構(gòu)件下方物料全部轉(zhuǎn)移到構(gòu)件上方，在構(gòu)件下方，氣固兩相在床內(nèi)劇烈攪動，固相以絮狀物的形式在連續(xù)的氣相中向上輸送，與第二階段相似，一定氣速下，上料大于返混，稀相濃度下降，上料速度隨之降低，直到上料與返混強(qiáng)度相當(dāng)，此時(shí)達(dá)到動態(tài)平衡，平均濃度將不再變化。單構(gòu)件床內(nèi)平均壓力隨表觀

30、氣速的增大將出現(xiàn)三個(gè)階段：0.04 Ug 0.48 m/s，平均壓力隨表觀氣速的增大緩慢增大；0.48 Ug 0.83 m/s，平均壓力隨之快速增大；0.83 Ug 1.14 m/s，平均壓力隨之幾乎不變。平均壓力隨表觀氣速變化曲線所表現(xiàn)出的三個(gè)階段恰好與構(gòu)件下方存料所出現(xiàn)的三個(gè)狀態(tài)相一致。圖4 平均壓力隨表觀氣速的變化曲線3.3 單構(gòu)件床不同軸向位置的壓力分布圖5是在同一表觀氣速條件下不同軸向高度的壓力變化圖。初始裝料高度（H）為450 mm時(shí)，均勻取6個(gè)表觀氣速（0.04 m/s，0.22 m/s，0.44 m/s，0.66 m/s，087 m/s，1.09 m/s）進(jìn)行分析，曲線的整體趨

31、勢為隨著軸向高度的增大，壓力逐漸下降。在氣固兩相從下往上流動的過程中伴隨著能量的損失，初始速度一定，動能不變，隨著勢能的增加，靜壓能逐漸降低，故壓力隨著床層高度的升高而降低。在低氣速下，動能較小，隨著勢能的增大，靜壓能逐漸趨近于零，高位置的壓力也就趨近于零，故變化曲線逐漸平緩。圖5 平均壓力隨床層高度的變化曲線3.4 單構(gòu)件床不同軸向位置的壓力脈動標(biāo)準(zhǔn)偏差特征基于下圖6，針對于當(dāng)前的這一表觀氣速條件之下，不同軸向高度的壓力脈動標(biāo)準(zhǔn)偏差也會產(chǎn)生極大的變化。初始裝料高度（H）為450 mm時(shí)，取6個(gè)表觀氣速（0.04 m/s，0.22 m/s，0.44 m/s，0.57 m/s，0.92 m/s，

32、 1.09 m/s）進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)隨著床層高度的升高，壓力脈動標(biāo)準(zhǔn)偏差整體呈下降趨勢。其主要處于床層的中部位置，壓力脈動標(biāo)準(zhǔn)偏差隨床層高度變化不大，0.6 m的床層以上，隨著床層增高，壓力脈動標(biāo)準(zhǔn)偏差迅速下降。這種現(xiàn)象出現(xiàn)之后，顯然也會呈現(xiàn)出一種“空腔”情況，流化床的高度也會不斷增加。圖6 壓力脈動信號標(biāo)準(zhǔn)偏差隨床層高度的變化曲線3.5 床層不同軸向位置的壓力脈動標(biāo)準(zhǔn)偏差與壓力比分布特征圖7是在同一表觀氣速條件下不同軸向高度的壓力脈動標(biāo)準(zhǔn)偏差與其平均壓力的比值變化圖。以壓力脈動標(biāo)準(zhǔn)偏差與其壓力做比值，減小了能量流失造成的影響，更能有效體現(xiàn)不同位置的流化效果。初始裝料高度（H）為450 mm時(shí)，

33、取6個(gè)表觀氣速（0.04 m/s，0.26 m/s，0.48 m/s，0.7 m/s，0.92 m/s， 1.14 m/s）進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著床層高度的增大，該比值先增大后減小，在0.8 m處附近，該比值出現(xiàn)最大值。這說明在床層中部出現(xiàn)大氣泡，物料較多內(nèi)構(gòu)件下方出現(xiàn)稀相“空腔”現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了流化效果。圖7 壓力脈動信號標(biāo)準(zhǔn)偏差與其平均壓力的比值隨床層高度的變化曲線3.6單構(gòu)件床h=0.45 m處壓力脈動功率譜密度分析壓力脈動信號是床內(nèi)氣固兩相多種作用效果共同的表現(xiàn)形式，是由多種頻率的信號疊加而成。每一種頻率代表了床內(nèi)的某種流動特性，因此，弄清壓力脈動信號的頻率組成及各組分對于整個(gè)壓力脈

34、動的貢獻(xiàn)率對于氣固兩相流動狀態(tài)的研究十分必要。因此，壓力脈動的功率譜密度曲線作為信號分析的頻域分析方法普遍用于多相流動特性的研究之中。對于有氣泡存在的氣固密相流化床而言，壓力脈動的各種頻率主要對應(yīng)各種不同尺寸氣泡的形成、運(yùn)動和破裂，其中氣泡的合并與破裂起主導(dǎo)作用并且兩者所引起的擾動相當(dāng)。所以每一種頻率代表某一尺寸的氣泡形成的頻率與破碎的頻率之和，并且尺寸越大的氣泡所對應(yīng)的頻率的密度值越大。而對于某一氣速下穩(wěn)定運(yùn)行的流化床，床內(nèi)某一尺寸氣泡的數(shù)量是恒定的，所以該尺寸氣泡形成與破裂的頻率是大致相同的。圖8為軸向高度h=0.45 m處不同表觀氣速下單構(gòu)件床壓力脈動功率譜密度曲線。當(dāng)單構(gòu)件流化床中的氣

35、固兩相處于湍動流態(tài)化階段（0.04 m/sUg0.44 m/s）時(shí)，如圖8（a）（f）所示。此階段各氣速下主頻密度與臨近頻率所對應(yīng)的密度很接近，表明此時(shí)床內(nèi)氣泡的尺寸相差不大，氣泡尺寸更趨于均一。結(jié)合圖9（a）、（b）可得，此階段氣泡聚并的時(shí)間更短，最大氣泡尺寸更小。主頻功率范圍為Am小于0.15（），進(jìn)一步表明此時(shí)兩相流動相對更加平穩(wěn)，流化質(zhì)量更好。當(dāng)流化床內(nèi)氣固兩相處于鼓泡-節(jié)涌過渡流態(tài)化（0.44 m/sUg0.83 m/s）時(shí)，如圖8（g）（m）所示。壓力脈動功率譜密度曲線表現(xiàn)為單主頻，并且主頻密度值遠(yuǎn)大于其他頻率所對應(yīng)的密度值。表明此時(shí)床內(nèi)主頻所對應(yīng)的氣泡尺寸遠(yuǎn)大于其他頻率所對應(yīng)的氣

36、泡尺寸，此結(jié)果恰好與鼓泡-節(jié)涌流態(tài)化所表現(xiàn)出的現(xiàn)象相一致。結(jié)合圖9（a）單構(gòu)件床壓力脈動主頻隨表觀氣速的變化曲線可得，此階段主頻范圍為f1.0 Hz。由單構(gòu)件床壓力脈動主頻功率隨表觀氣速的變化曲線還可知，主頻的功率隨著表觀氣速的增大呈先增大后減小的趨勢，當(dāng)Ug=0.66 m/s時(shí)，主頻功率最大。此主頻功率的變化過程與鼓泡-節(jié)涌過渡流態(tài)化下氣栓初始形成位置隨表觀氣速的變化過程一致，進(jìn)一步表明氣固兩相的流動狀態(tài)受最大氣泡初始形成位置的影響很大，同等最大尺寸氣泡的初始形成位置越低，對兩相流動引起的攪動越劇烈，從而導(dǎo)致氣泡之間的尺寸相差越懸殊，氣固兩相流動質(zhì)量越差。當(dāng)單構(gòu)件床中氣固兩相處于鼓泡流態(tài)化階

37、段（Ug0.83 m/s）時(shí)，如圖8（n）（s）所示，主頻功率與相鄰頻率的功率差別較鼓泡-節(jié)涌過渡流態(tài)化而言較小，表明此時(shí)氣泡間尺寸的差別有所減小，流化質(zhì)量有所改善。結(jié)合圖9（a）可見，主頻頻率相對于鼓泡-節(jié)涌過渡流態(tài)化有所增大，進(jìn)一步表明此時(shí)氣泡的最大尺寸有所減小。同時(shí)，由圖9（b）還可見，當(dāng)兩相流動處于鼓泡流態(tài)化時(shí)，隨著表觀氣速的增大功率譜密度值呈先減小后增大的變化趨勢，Ug=1.0 m/s為兩段的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。表明此階段氣泡呈先減小再增大的趨勢，這與觀察到的現(xiàn)象及壓力脈動標(biāo)準(zhǔn)偏差分析的結(jié)果相一致。由圖9（a）可見，單構(gòu)件床的壓力脈動功率譜的主頻范圍幾乎全部位于1.0 Hzf2.0 Hz這一頻率

38、范圍內(nèi)，表明此時(shí)單構(gòu)件床內(nèi)氣固兩相流動處于鼓泡流態(tài)化階段。再由圖9（b）可知，0.04 m/sUg0.83 m/s，單構(gòu)件床的主頻功率范圍全部位于Am0.25 （）這一范圍內(nèi)。 圖8 不同表觀氣速下單構(gòu)件床壓力脈動功率譜密度曲線 圖9 單構(gòu)件床壓力脈動主頻（a）及所對應(yīng)主頻能量(b)隨表觀氣速的變化曲線結(jié)論在當(dāng)前的這一實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中，下部提升管與上部流化床層必須要予以優(yōu)化與重組，并釋放出一定的壓力脈動信號，通過對不同軸向位置下壓力分布，壓力脈動標(biāo)準(zhǔn)偏差和前兩者比值以及功率譜分析，得出以下結(jié)論：（1）單構(gòu)件床內(nèi)平均壓力隨表觀氣速的增大將出現(xiàn)三個(gè)階段：0.04 Ug 0.48 m/s，平均壓力隨表觀

39、氣速的增大緩慢增大；0.48 Ug 0.83 m/s，平均壓力隨之快速增大；0.83 Ug 1.14 m/s，平均壓力隨之幾乎不變。（2）隨著軸向高度的增大，壓力逐漸下降。（3）隨著床層高度的升高，壓力脈動標(biāo)準(zhǔn)偏差整體呈下降趨勢。在床層底端隨著床層升高壓力脈動標(biāo)準(zhǔn)偏差逐漸下降，在床層的中部，壓力脈動標(biāo)準(zhǔn)偏差隨床層高度變化不大，0.6 m的床層以上，隨著床層增高，壓力脈動標(biāo)準(zhǔn)偏差迅速下降。（4）隨著床層高度的增大，該比值先增大后減小，在0.8 m處附近，該比值出現(xiàn)最大值。（5）當(dāng)氣速在0.04 m/sUg0.44 m/s范圍內(nèi)時(shí)單構(gòu)件流化床中的氣固兩相處于湍動流態(tài)化階段。當(dāng)0.44 m/sUg0.83 m/s時(shí)，流化床內(nèi)氣固兩相處于鼓泡-節(jié)涌過渡流態(tài)化，壓力脈動功率譜密度曲線表現(xiàn)為單主頻，并且主頻密度值遠(yuǎn)大于其他頻率所對應(yīng)的密度值。當(dāng)單構(gòu)件床中氣固兩相處于鼓泡流態(tài)化階段（Ug0.83 m/s）時(shí)，主頻功率與相鄰頻率的功率差別較鼓泡-節(jié)涌過渡流態(tài)化而言較小，