氣固流態(tài)化系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于能源、化工、食品、航天等工業(yè)領(lǐng)域。在氣固流態(tài)化系統(tǒng)中,顆粒通常呈現(xiàn)不規(guī)則的非球形。在傳統(tǒng)的研究方法中為了簡(jiǎn)化計(jì)算,研究者們通常將顆粒假設(shè)為球形顆粒。然而,在很多實(shí)際的顆粒系統(tǒng)中,球形顆粒的假設(shè)已不能真實(shí)的反映流態(tài)化系統(tǒng)中的顆粒流動(dòng)行為,嚴(yán)重地影響了流化床反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、優(yōu)化、模化和實(shí)際運(yùn)行。因此,開(kāi)展典型流化床內(nèi)非球形顆粒氣固兩相流體動(dòng)力特性的研究是十分必要的。數(shù)值模擬方法是一種常用的預(yù)測(cè)復(fù)雜氣固兩相流態(tài)化系統(tǒng)中流體動(dòng)力特性的有效方法。本課題中擬采用歐拉-歐拉雙流體模型,開(kāi)展典型流化床內(nèi)非球形顆粒氣固兩相流體動(dòng)力學(xué)特性研究。非球形顆粒氣固兩相流體動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬研究方法中的難點(diǎn)之一在于,由于顆粒形狀復(fù)雜,氣固間的曳力系數(shù)難以有效預(yù)測(cè),球形顆粒的氣固曳力系數(shù)不能準(zhǔn)確地反映真實(shí)的曳力情況。鑒于人工智能方法的飛速發(fā)展,本課題中擬采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法建立非球形顆粒曳力系數(shù)預(yù)測(cè)方法和關(guān)聯(lián)式,并將該關(guān)聯(lián)式嵌入到歐拉-歐拉雙流體模型中,應(yīng)用于幾種典型氣固流化床系統(tǒng)流體動(dòng)力行為的預(yù)測(cè)。通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)方法對(duì)非球形顆粒氣固曳力系數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)及分析。首先比較反向傳播（BP）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模... 

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不同尺度模型方法[67]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文-14-影響。該技術(shù)已廣泛用于氣固流化床中，如圖1-3所示[141]。圖1-3靜電學(xué)方法測(cè)量流化床內(nèi)氣固運(yùn)動(dòng)特性示意圖[141]Fig.1-3Measurementofgas-solidflowcharacteristicsbyelectrostaticmethodsinfluidizedbeds[141]1.4.2顆粒追蹤方法在多相流系統(tǒng)中，顆粒追蹤技術(shù)常常被用于追蹤顆粒相的運(yùn)動(dòng)，如圖1-4所示。這項(xiàng)技術(shù)能夠測(cè)量濃相流化床中連續(xù)相或者分散相的速度分布。目前，主要有三種顆粒追蹤方法，分別是放射性顆粒追蹤（RadioactiveParticleTracking，簡(jiǎn)稱(chēng)RPT）、正電子發(fā)射顆粒追蹤（PositronEmissionParticleTracking，簡(jiǎn)稱(chēng)PEPT）以及磁性顆粒追蹤（MagneticParticleTracking，簡(jiǎn)稱(chēng)MPT）。RPT技術(shù)是向流動(dòng)系統(tǒng)中引入放射性示蹤粒子來(lái)發(fā)射伽馬輻射。示蹤粒子的密度和尺寸與再循環(huán)相相符。RPT技術(shù)能夠測(cè)量與顆粒運(yùn)動(dòng)有關(guān)的流體動(dòng)力參數(shù)，如軌跡、速度、停留時(shí)間分布、擴(kuò)散率、循環(huán)頻率、湍動(dòng)能量和雷諾應(yīng)力等[142,143]。示蹤粒子軌跡也會(huì)被用于表征顆粒-壁面接觸參數(shù)和摩擦系數(shù)[144]�；谔嵘軆�(nèi)顆粒回流現(xiàn)象，Bhusarapu等[145]測(cè)量了固相循環(huán)率、總體固相流量和湍流參數(shù)特征。早期廣泛的研究工作表明，RPT技術(shù)適用于不透明流化床中固相流動(dòng)參數(shù)的非侵入測(cè)量[146]。然而，RPT技術(shù)的標(biāo)定過(guò)程十分繁瑣，由于示

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文-16-式等。Mohs等[155]最初將MPT技術(shù)用于噴動(dòng)床的研究中。Buist等[156]應(yīng)用了MPT技術(shù)，首次測(cè)量了氣體流化床中的顆粒旋轉(zhuǎn)速度，并改進(jìn)了MPT技術(shù)，使其能夠應(yīng)用于稠密顆粒流動(dòng)系統(tǒng)中，尤其是鼓泡流化床的應(yīng)用中。Khler等[157]采用MPT技術(shù)研究了鼓泡流化床中燃料密度、流化氣速、床層壓降等對(duì)燃料混合和分離特性的影響。與RPT和PEPT技術(shù)相比，MPT技術(shù)成本更低，操作更簡(jiǎn)便。然而，MPT技術(shù)也存在一定的缺陷，該技術(shù)需要使用很大的磁道釘。感應(yīng)器感應(yīng)到的磁場(chǎng)強(qiáng)度不僅取決于磁鐵的強(qiáng)度，也依賴(lài)于磁鐵相對(duì)于傳感器的相對(duì)位置。1.4.3可視化方法可視化方法是表征氣固流場(chǎng)特性的一種直觀(guān)、直接的方法，能夠得到氣泡特性、空隙率分布、顆粒運(yùn)動(dòng)的信息。如果要觀(guān)察的裝置具有良好的光接入功能，且分散相體積分?jǐn)?shù)低，就可以采用直接拍照法。此外，可視化方法還包括X射線(xiàn)成像（Radiography）、核磁共振成像（NuclearMagneticResonanceImaging，NMRI）、X線(xiàn)斷層攝影（Tomography）等技術(shù)，可以用來(lái)觀(guān)察流化床內(nèi)部流動(dòng)信息。下面主要介紹顆粒成像測(cè)速法（ParticleImageVelocimetry，簡(jiǎn)稱(chēng)PIV）。PIV是一種眾所周知的，用于測(cè)量流化床內(nèi)固相流場(chǎng)的非侵入技術(shù)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于測(cè)量流化床[158]和噴動(dòng)床[159]的全場(chǎng)瞬時(shí)顆粒速度常PIV系統(tǒng)配置隨著應(yīng)用場(chǎng)合的不同而不同，但典型的PIV系統(tǒng)主要是由CCD（Charge-coupleddevice）相機(jī)、光源、一個(gè)帶有圖像處理軟件的計(jì)算機(jī)組成，圖1-5為PIV系統(tǒng)的組成及典型的粒子拖尾圖像。a）b）圖1-5PIV系統(tǒng)：a）感應(yīng)裝置，b）CCD相機(jī)捕獲的典型粒子拖尾圖像[160]Fig.1-5PIVsystem,a)sensingarrangement,b)atypicalstreakimagecapturedbytheCCDcamera[160]

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