《微型氣液固三相流態化基礎研究》是依託天津大學，由劉明言擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：微型氣液固三相流態化基礎研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉明言
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
氣液固三相流態化是一類重要的物理化學操作模式。微化工系統因其高效的流動和傳遞性能以及過程安全可控等優點而日益受到關注。將微化工的概念和三相流態化相結合將會形成新的單元強化技術。開展微型氣液固三相流態化的基礎研究，具有重要的理論意義和實用價值。本項目擬在已有工作基礎上，建立微型氣液固三相流化床裝置及測試系統；實驗研究和數值模擬微三相流態化的存在區域、氣泡行為、膨脹特性、流型過渡等；開展初步的多相傳質和反應性能評估研究。研究成果將建立微尺度下的三相流態化理論，為其工業化套用提供基礎指導。
結題摘要
氣-液-固流化床反應器在化工、石油、環境、能源和醫藥等領域具有廣泛的工業套用，而微系統是實現過程強化的前沿技術，因此，開展微型氣-液-固流化床系統的基礎研究，具有十分重要的理論意義和套用前景。本項目主要自行設計建立了床徑在0.8-10mm之間的微型氣-液-固流化床裝置及可視化測試平台，採用可視化實驗方法和數值模擬等手段，開展了微型多相流動、傳遞和反應性能的研究，獲得了創新性研究成果。隨著流化床特徵尺寸的減小，壁面對於流化床內的流體力學和傳遞特性將產生顯著的影響。採用高速攝像方法和微壓差技術，結合Hurst指數分析，獲得了最小流化速度的規律。在3-5 mm床徑三相流化床內，由於複雜的氣泡運動，難以準確獲得起始流化液速；而對於8-10 mm床徑的三相流化床，在表觀氣速較低時，可通過分析壓降和Hurst指數隨表觀液速的變化規律，由固定床和流化床間的轉折點得到起始流化液速等。在表觀氣速較高時，該轉折點逐漸消失，難以準確得到起始流化液速等。氣泡行為和壁面效應顯著影響起始流化液速，建立了預測最小流化液速的關聯式。在3 mm床徑三相流化床內，發現存在四種流型：半流化、彈狀流型、分散氣泡流型和液體輸送流型，提出了預測流型轉變邊界的關聯式。表面張力、浮力和慣性力決定著微型氣-液-固三相流化床中單氣泡的尺寸。隨著床徑的減小和粒徑的增加，單氣泡上升速度下降，建立了描述微型氣-液-固三相流化床中氣泡尺寸的關聯式。採用CFD-VOF-DEM方法對微型三相流化床中單氣泡的生成及上升運動進行了數值模擬，與實驗結果吻合較好。床徑為3-6mm的微型氣-液-固三相流化床內光催化降解亞甲基藍溶液的氧化反應效果研究表明，微型三相流化床可以強化多相流動，傳質和化學反應過程，其傳質係數分別是微型液-固流化床和微型氣-液鼓泡塔的 1.9 倍及4.8倍，建立了基於光輻射傳遞和反應動力學的耦合數學模型。這些研究成果既豐富了三相流態化在微小尺度上的理論，又為今後開展該類新型反應器的中試及工業化套用研究等奠定了基礎。
