氣固流化系統(tǒng)是一個(gè)典型的非線性非平衡系統(tǒng),呈現(xiàn)出復(fù)雜的多尺度特性:如,局域空間顆粒濃度的非均勻分布和顆粒速度的非高斯分布、時(shí)空交替的介尺度結(jié)構(gòu)以及床層整體隨表觀氣速而變化的流域等。這些復(fù)雜特性與單個(gè)顆粒之間的非彈性碰撞和摩擦、氣體與顆粒以及顆粒群之間的相互作用、氣固兩相湍流等因素緊密相關(guān),是流化床模擬計(jì)算的核心難題,也是突破工業(yè)反應(yīng)器放大、設(shè)計(jì)和優(yōu)化的關(guān)鍵。為此,有必要從單顆粒層次的運(yùn)動(dòng)行為出發(fā),對(duì)流化床的多尺度非平衡特性展開(kāi)系統(tǒng)深入的研究。針對(duì)以上目標(biāo),本論文結(jié)合實(shí)驗(yàn)和計(jì)算方法對(duì)流化床中局域非平衡特性、介尺度結(jié)構(gòu)特性以及表觀氣速對(duì)顆粒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響等展開(kāi)研究。本文主要內(nèi)容和結(jié)果如下:1.應(yīng)用高速攝像機(jī)拍攝床層中顆粒運(yùn)動(dòng),通過(guò)顆粒跟蹤測(cè)速法（PTV）和Voronoi劃分方法得到單顆粒的速度和空隙率。統(tǒng)計(jì)鼓泡床和湍動(dòng)床中顆粒速度概率密度分布、平均空隙率、顆粒平均速度、顆粒溫度、顆粒湍動(dòng)能等物理量,發(fā)現(xiàn)濃相和稀相中顆粒的瞬時(shí)顆粒速度概率密度分布接近高斯分布,各物理量尺度依賴性和各向異性較弱,呈現(xiàn)近局域平衡特性。而兩相界面處顆粒速度概率密度分布嚴(yán)重偏離高斯分布,甚至?xí)霈F(xiàn)雙峰分布,各固相宏觀... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所)北京市

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

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圖１４１１??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｓｈｏｗｉｎｇ?ｔｈｅ?ｖａｌｉｄｉｔｙ?ｏｆ?ｓｃａｌｅ?ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｉｎ?ｆｌｕｉｄ?１４１１??

?第１章引言???介尺度結(jié)構(gòu)的特征時(shí)間和特征長(zhǎng)度（空間尺寸）變化范圍很寬。氣泡的直徑??可以小到分布板相鄰孔間的孔距，而大到與床層直徑相當(dāng)，在鼓泡床中的頻率范??圍一般在是２－１４ＨＺ之間ｍ。團(tuán)聚物尺寸變化范圍為幾倍到幾百倍顆粒直徑［７６＿７９］，??甚至形成固相栓塞與床徑相當(dāng)［８（），８１］，其出現(xiàn)頻率為１－１〇０Ｈｚ１７８，７９］。??因此，流化床中固相宏觀物理量的尺度依賴性與介尺度結(jié)構(gòu)的存在密切相關(guān)。??許多物理量，如氣固曳力［７＇８２，８３］，顆粒溫度［６３］，顆粒和氣體傳質(zhì)系數(shù)［８４］等等都依??賴于時(shí)間和空間平均，在平均過(guò)程中難免會(huì)包含介尺度結(jié)構(gòu)的影響。研究顯示，??由于存在介尺度結(jié)構(gòu)，這些參數(shù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量和預(yù)測(cè)的差異可以高達(dá)幾個(gè)數(shù)量級(jí)??Ｉ７＇６３＇？Ｍ。這些都表明表征和量化介尺度結(jié)構(gòu)對(duì)于理解氣固流化系統(tǒng)有著十分重??要的作用［６，７？３４，３６，８５，８６Ｊ。??＿?Ｉ??：：裏??圖１．２流化床中典型的介尺度結(jié)構(gòu)：⑷氣泡｜８７｜；?（ｂ＞團(tuán)聚物１８８１??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｔｙｐｉｃａｌ?Ｍｅｓｏｓｃａｌｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ?ｉｎ?ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ?ｂｅｄｓ：?（ａ）?ｂｕｂｈｋ、＃７、??（ｂ）ｃｌｕｓｔｅｒ１８８１??１．３．１氣泡??氣泡是鼓泡流化床鉍明顯的特征結(jié)構(gòu)［８２］。在流化床中，氣體通過(guò)分布板并在??９??

?第１章引言???好，當(dāng)表觀氣速超過(guò)后，會(huì)出現(xiàn)均勻膨脹階段，床層高度隨著氣??速增加而增加，但是床層中并不會(huì)出現(xiàn)氣泡結(jié)構(gòu)；氣速進(jìn)一步增加達(dá)到［／ｗ６，床??層中開(kāi)始出現(xiàn)氣泡。Ｂ類和Ｄ類顆粒最小流化氣速與最小鼓泡氣速相等，沒(méi)有??均勻膨脹階段。Ｃ類顆粒直徑最小，由于顆粒間作用力很強(qiáng)，難以形成正常流化。??＾?＾?￣Ｉ?門田?闕??．．．?：；＿ｗ??？？?？？?？?ｉ?絕?５?？?：?３．??」ｎ?Ｓ?＿??霸纖Ｐ丨剩Ｍ彳街??＿＿＿＿＿＿??＿?＿?＿?＿隱墜??Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ?Ｂｕｂｂｌｉｎｇ?Ｓｌｕｇｇｉｎｇ?Ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ?Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ?Ｐｎｅｕｍａｔｉｃ??ｅｘｐａｎｓｉｏｎ?ｆｌｕｉｄｉ／ａｔｉｏｎ?（ｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎ?ｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎ?ｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎ?ｃｏｎｖｅｙｉｎｇ??Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ?ｓｕｐｅｒｆｉｃｉａｌ?ｇａｓ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ，?ｆ／ｇ??圖１．３氣固流化床中的流域轉(zhuǎn)變１６１??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｆｌｏｗ?ｒｅｇｉｍｅｓ?ｉｎ?ｇａｓ－ｓｏｌｉｄ?ｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎ?１６１??節(jié)涌一般出現(xiàn)在高床徑比（床層顆粒堆積高度／床層直徑）的流化床中［５］，這??是因?yàn)闅馀莩叽鐣?huì)隨著床層高度增加而増加。當(dāng)氣泡直徑與床層直徑相當(dāng)時(shí)，床??層中形成明顯的氣栓結(jié)構(gòu)。這些氣栓將顆粒一節(jié)一節(jié)向上推動(dòng)，床層表現(xiàn)周期性??上升和塌落，使得床層中的壓力波動(dòng)巨大。??１３??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3074699