喷动床反应器过程强化原理与技术

喷动床作为高效气固接触器，已广泛地应用于各种单元操作和单元过程中。传统喷动床内的介质颗粒具有明显的内外分层流动特点，床层内颗粒缺少径向混合，使得部分颗粒的表面未能获得充分利用，对床内传热传质产生不利的影响。针对这一缺陷，本研究提出3种新型的喷动床结构来改善喷动床内的径向传热、传质过程，即带纵向涡流发生器导流板的喷动床结构、整体式多喷嘴喷动-流化床结构及进口喷嘴带旋流器喷动床结构。通过实验与数值模拟方法对其展开系统研究，为粉–粒喷动床的优化设计和放大提供理论依据。

前言
第1章绪论1
1.1粉-粒喷动床研究概述1
1.2过程强化喷动床概述2
1.2.1导向管喷动床2
1.2.2多喷嘴喷动床3
1.2.3内循环喷动床4
1.2.4喷动-流化床4
1.3计算流体力学概述5
1.3.1拟流体模型基本守恒方程5
1.3.2CFD求解过程8
1.3.3多相流模型8
1.3.4CFD-DEM求解过程9
1.4FLUENT简介9
1.4.1FLUENT体系结构10
1.4.2FLUENT流场迭代方法10
1.4.3收敛判断准则11
1.4.4FLUENT整体计算过程与UDF技术11
1.5EDEM软件计算过程12
参考文献13
第2章喷动床气固两相流粒子图像测速技术16
2.1粒子图像测速技术在气固两相流中的应用16
2.2PIV系统概述17
2.2.1实验系统17
2.2.2PIV测量原理18
2.3纵向涡喷动床内气固两相流PIV实验20
2.3.1纵向涡喷动床实验设备介绍20
2.3.2结果分析及讨论22
2.4多喷嘴喷动-流化床内气固两相流PIV实验43
2.4.1多喷嘴喷动-流化床实验设备介绍43
2.4.2多喷嘴喷动-流化床实验设计43
2.4.3结果分析及讨论44
2.5旋流器喷动床内气固两相流PIV实验52
2.5.1旋流器喷动床实验设备介绍52
2.5.2旋流器喷动床实验设计53
2.5.3结果分析及讨论53
参考文献60
第3章不同结构喷动床干燥性能差异62
3.1喷动床干燥实验62
3.1.1喷动床干燥技术62
3.1.2喷动床干燥实验步骤64
3.1.3实验参数的计算方法65
3.2实验结果与分析67
3.2.1不同结构喷动床的干燥曲线68
3.2.2不同结构喷动床的干燥速率曲线69
3.2.3不同结构喷动床的干燥水分比变化70
3.2.4不同结构喷动床的压降差异72
参考文献73
第4章纵向涡喷动床数值模拟75
4.1基本守恒方程75
4.2模拟与实验校核对比76
4.3纵向涡流整体效应对比分析78
4.3.1颗粒体积分数分布79
4.3.2颗粒速度分布81
4.3.3颗粒拟温度分布87
4.4小球半径影响88
4.4.1颗粒体积分数分布88
4.4.2颗粒拟温度分布90
4.5小球间距影响91
4.5.1颗粒体积分数分布92
4.5.2颗粒速度分布93
4.5.3颗粒拟温度分布95
4.6扰流件形状影响96
4.6.1颗粒体积分数分布97
4.6.2颗粒速度分布99
4.6.3气体湍动能分布101
参考文献102
第5章整体式多喷嘴喷动-流化床数值模拟103
5.1多喷嘴喷动-流化床内气固两相流二维模拟103
5.1.1模型建立及网格划分103
5.1.2模型参数设置104
5.1.3网格无关性分析105
5.1.4气固两相流105
5.1.5侧缝数量对二维多喷嘴喷动-流化床影响109
5.1.6颗粒处理量对二维多喷嘴喷动-流化床影响115
5.2多喷嘴喷动-流化床内气固两相流三维模拟118
5.2.1模拟与实验校核对比118
5.2.2模型建立及网格划分119
5.2.3模型参数设置119
5.2.4网格无关性分析120
5.2.5气固两相流121
5.2.6侧喷嘴直径对三维多喷嘴喷动-流化床影响123
5.2.7侧喷嘴分布方式对三维多喷嘴喷动-流化床影响130
参考文献137
第6章旋流器喷动床气固两相流数值模拟138
6.1模型建立138
6.2网格无关性分析140
6.3气固两相流140
6.3.1颗粒体积分数140
6.3.2颗粒速度143
6.3.3气体湍动能145
6.4旋流器内叶片倾斜角对气固流动的影响147
6.4.1模拟工况147
6.4.2颗粒体积分数147
6.4.3颗粒速度150
6.4.4气体湍动能151
6.4.5相对标准偏差153
6.4.6床层总压降154
6.5旋流器内叶片进口角对气固流动的影响155
6.5.1模拟工况155
6.5.2颗粒体积分数156
6.5.3颗粒速度158
6.5.4气体湍动能160
6.5.5相对标准偏差161
6.5.6床层总压降162
6.6旋流器内外径比对气固流动的影响163
6.6.1模拟工况163
6.6.2颗粒体积分数163
6.6.3气体湍动能165
6.6.4相对标准偏差166
6.6.5床层总压降168
参考文献169
第7章粉-粒喷动床内水汽化和脱硫反应过程模拟与优化170
7.1烟气脱硫技术概述170
7.2粉-粒喷动床内水汽化过程172
7.2.1水汽化数学模型173
7.2.2粉-粒喷动床内水汽化过程模拟176
7.3溶解模型对粉-粒喷动床脱硫反应过程影响181
7.3.1脱硫反应过程分析181
7.3.2脱硫反应过程数学模型182
7.3.3模拟结果与讨论185
7.4料浆含水量对脱硫反应过程影响的数值模拟189
7.4.1模拟工况简介189
7.4.2模拟结果分析189
7.5进口气体温度对脱硫反应过程影响的数值模拟193
7.5.1模拟工况简介193
7.5.2模拟结果分析194
7.6表观气速对脱硫反应过程影响的数值模拟196
7.6.1模拟工况简介196
7.6.2模拟结果分析196
7.7强化结构粉-粒喷动床内水汽化过程204
7.7.1模型建立和参数设置204
7.7.2气固两相流数值模拟分析205
7.7.3水汽化数值模拟分析210
参考文献216