超臨界水流化床兩相流動阻力及顆粒分布特性研究

《超臨界水流化床兩相流動阻力及顆粒分布特性研究》是依託西安交通大學，由呂友軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：超臨界水流化床兩相流動阻力及顆粒分布特性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：呂友軍
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

超臨界水流化床是最近幾年發展起來的新概念，其在化工、能源領域有廣闊的套用前景。申請人已在國際上首次研製成功超臨界水流化床，並套用於生物質超臨界水氣化制氫，但基於傳統設計理論構建的超臨界水流化床反應器還不能完全達到預期。本項目擬從流化床內多相流基本規律出發，搭建超臨界水流化床兩相流阻力及顆粒分布特性研究實驗平台，建立流化床參數測試的理論與方法；通過對超臨界水流化床的阻力及顆粒分布特性進行實驗研究，獲得較寬參數範圍內流化床床層壓降、最小流化速度、終端速度、床層膨脹等參數設計計算的理論與實驗關聯式，揭示超臨界水流化床顆粒分布規律。同時，採用DEM-CFD方法模擬流化床內多相流動過程，從顆粒尺度理解顆粒、流體、壁面的相互作用機制。本項研究將填補國內外在超臨界水流化床阻力及顆粒分布特性研究方面的空白，對完善超臨界水流化床設計理論，推動流化床在相關領域套用及多相流學科的發展有重要的理論與現實意義。

結題摘要

超臨界水流化床是最近幾年發展起來的新概念，其在化工、能源領域有著廣闊的套用前景。本項目三年執行期內從流化床內多相流基本規律出發，成功研製了一套質量流量範圍0-250 kg/h，設計壓力30 MPa，設計溫度550℃的超臨界水流化床兩相流動與傳熱特性測試，獲得了高溫高壓條件下兩相流參數測量方法；通過實驗研究獲得了超臨界水固定床和流化床阻力特性，論證了固定床阻力經典Ergun公式在超臨界水條件下的適用性，獲得超臨界水流化床最小流化速度計算準則方程；建立了超臨界水流化床內兩相流動DEM-CFD模型，評價了曳力模型的適用性，對比分析了超臨界水流化床與傳統氣固流化床兩相流動特性的差異；建立了超臨界水流化床內兩相流動與傳熱的歐拉雙流體模型，套用該模型對超臨界水反應器結構進行最佳化設計，獲得了最佳的顆粒和停留時間分布；建立了超臨界水流化床內流體顆粒傳熱模型，通過數值分析獲得了超臨界水繞顆粒對流換熱準則方程，初步揭示了顆粒-流體微觀流體傳熱機理。本項研究填補了國內外在超臨界水流化床流動及傳熱研究領域的空白，對完善超臨界水流化床設計和運行理論，拓展了多相流學科領域範圍有重要的理論與現實意義。項目發表/錄用論文25篇，其中國際SCI期刊論文7篇，國內EI核心期刊論文6篇,項目申請人在國際會議上做特邀報告2次。項目已培養畢業碩士2人，在讀博士1人，在讀碩士6人，另2人將於2013年5月畢業。