氣固流態化流型的混沌辨識機制研究

《氣固流態化流型的混沌辨識機制研究》是依託清華大學，由張衍國擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：氣固流態化流型的混沌辨識機制研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：張衍國
• 項目類別：面上項目

項目摘要

氣固流化床流型及其轉變信息對於流化床的工業設計和運行控制有重要參考價值。本項目擬通過兩相流理論分析、冷態模型實驗和對瞬態流動信號的混沌動力學分析，對流化床各種流型結構及其演變特性進行深入研究。通過調整床型尺寸、顆粒性質、操作參數在冷態實驗台上再現各種流型結構，利用電容層析成像技術（ECT）直接觀察不同操作條件下床內流型的演變歷程；利用多路壓力感測器、光纖探頭測得不同流型下床內局部壓力、濃度脈動信息，並採用二代小波對測得的信號進行去噪；用混沌分析方法對測得的時序信號進行分析，總結出影響床內流動結構變化的各種因素，並從混沌動力學的角度闡釋氣固兩相流流動結構多樣性及影響流動狀態變化的物理本質；最後從混沌理論中的相平面不變數圖形上提取新的辨識氣固流態化流型（包括某些典型亞流型）的混沌特徵指標。本項目研究可為工業流態化反應器的最佳化設計和控制運行提供理論指導，也有助於加深對多相流本質的理解。

結題摘要

氣固流化床因其流-固相界面積大，傳熱、傳質速率高，操作範圍廣等優勢在眾多不同的工業過程套用廣泛。氣固流動狀態決定流化床中氣固的混合、傳熱和傳質行為，對流化床裝置的最優設計、有效放大、高效穩定的運行和狀態監測十分重要。本課題在不同尺寸的冷態流化床實驗裝置上，採用壓力感測器和光纖顆粒濃度測量儀分別測量了床內不同位置的壓力和局部空隙率動態信號，套用時域分析、頻域分析和混沌分析等多種時間序列分析方法，從波動信號中提取了反映床內流動狀態的特徵量。研究了表觀氣速、顆粒粒徑、靜床高度和床尺寸等因素對各特徵量的影響規律，建立了特徵量與床內流動狀態的定性聯繫。採用數碼攝像機捕捉流化床內氣泡行為的變化，建立直觀的物理現象與抽象的特徵量之間的聯繫，幫助對實驗結果的理解和分析。本課題的研究成果加深了對流化床內流動狀態的理解，為實現採用波動信號定量表征流動狀態和對流動狀態的實時線上監測打下了基礎。項目執行期間共發表SCI論文14篇，EI論文3篇，國際會議論文3篇，培養博士研究生3名，碩士研究生3名。