互動雙循環流化床的顆粒循環特性與耦合協調機制

《互動雙循環流化床的顆粒循環特性與耦合協調機制》是依託東南大學，由邵應娟擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：互動雙循環流化床的顆粒循環特性與耦合協調機制
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：邵應娟
• 依託單位：東南大學

中文摘要

複雜稠密氣固流動是工程熱物理與能源利用領域的重要基礎研究內容，對於反應器設計、結構最佳化和運行調控都具有重要的學術價值和工程指導意義。本項目針對“互動雙循環流化床”能源熱轉化新工藝提出，圍繞科學問題“顆粒的互動循環特性與耦合協調機制”，通過開展大量細緻、深入的實驗和數值模擬研究工作，較系統闡明循環流化床基本單元內/單元間的顆粒互動循環運動特性、耦合協調機制與定向調控方法，充實氣固兩相流的基礎理論體系，為雙流化床的套用提供理論參考；同時嘗試/發展一些具有創新性的實驗（如X光成像顆粒濃度測量、磁感應顆粒停留時間測量、微波固體通量測量）和數值模擬方法（基於MP-PIC的三維歐拉-拉格朗日數值模擬），豐富雙流化床等稠密氣固兩相流的研究手段。項目具有較好的研究基礎，前期研究取得重要進展，可望獲得預期創新研究成果。

結題摘要

複雜稠密氣固流動是工程熱物理與能源利用領域的重要基礎研究內容，對於反應器設計、結構最佳化和運行調控都具有重要的學術價值和工程指導意義。本項目針對“互動雙循環流化床”能源熱轉化新工藝提出，圍繞科學問題“顆粒的互動循環特性與耦合協調機制”，通過開展大量細緻、深入的實驗和數值模擬研究工作。構建了互動雙循環流化床的氣固流動試驗系統，研究了雙循環流化床內/間的互動循環運動特性。在實驗的基礎上建立了互動循環流化床的三維數理模型，並通過數值試驗揭示了實驗手段難以獲得的顆粒運動特性。通過數值模擬和實驗研究，研究了雙循環流化床的耦合協調機制並提出了定向調控顆粒運動的方法。取得的創新性成果如下：實驗研究方面，構建對稱型互動循環雙流化床冷態試驗平台，並在此基礎上發展一種基於微波衰減原理和都卜勒效應的動態顆粒質量流量測量系統。通過對稱工況和非對稱工況下的試驗研究獲取了操作參數對基本流化床單元內床層壓降以及上升管顆粒濃度分布的影響規律，並獲取了基本流化床單元內氣固流動結構的轉變規律。套用微波固體質量流量測量方法研究了互動循環雙流化床基本流化床單元間的顆粒循環特性。通過處理時序壓差數據分析了流化床單元上升管內的全高度顆粒濃度波動特性，揭示了各操作參數對雙流化床反應器內動態顆粒濃度波動強度及運行穩定性的影響規律。通過對時序顆粒質量流量標準差及變異係數的分析，揭示了互動循環雙流化床流化床單元間連續顆粒循環的波動強度及循環穩定性隨操作參數的變化規律。數值模擬方面，首次構建了基於歐拉-歐拉方法和歐拉-拉格朗日方法的雙循環流化床的三維數理模型，並考慮到不同顆粒粒徑對於顆粒運動的影響，證明MP-PIC方法適用於研究雙循環流化床的顆粒互動循環運動特性。實現了三維維度上的雙流化床全場氣固流動數值模擬，在此基礎上對流動結構、顆粒分布、速度分布等重要流體動力學特性以及雙流化耦合運行失穩機理等試驗中難以觀測的氣固流動特性開展了研究。