静电是气固流化床反应器中一个普遍存在的现象,特别是在烯烃聚合流化床反应器中,流化颗粒的绝缘性高,无水、无氧环境为静电的产生和积累提供了天然条件。工业生产过程中静电导致的结块、爆聚、爆炸等安全及生产事故时有发生。现有研究大多集中于探究气固流化床中静电的检测技术、产生与耗散机制、分布规律及调控方法等,缺乏静电对流体力学特性及热质传递过程的影响研究,导致对流化床内静电危害的片面认识。尽管流化床内静电的过量积累可能引发颗粒团聚结块甚至爆炸等事故,但是通过控制颗粒荷电量使静电保持在合适的水平,有可能改变特定流化条件下的流体力学行为,达到强化热质传递,“化害为利”的目标。因此,研究气固流化床中静电对流体力学及热质传递的影响规律,开发新型的静电调控方法,实现静电的有效利用,具有重要的理论研究意义和实际应用价值。论文以气固流化床反应器为研究对象,采用注入微量液体抗静电剂的方法调控流化床内颗粒的整体荷电水平,借助声发射技术、静电检测、压力脉动等检测方法对流化颗粒运动、气泡行为等进行综合分析与表征,结合理论分析,系统研究了静电对流化床内气固流动特性和热质传递特性的影响规律。进而,提出了基于电极原位电晕荷电的局部静电调控理论和方法,并实验验证了其有效性,发展了细颗粒调控理论,建立了基于静电调控的热质传递过程强化方法。研究结果对气固流化床中静电的防控和利用及提升工业流化床反应器的稳定性和安全性具有重要的指导意义。论文主要开展了以下六方面的研究工作：1.提出了利用注入微量液体抗静电剂调控流化床内颗粒荷电量和整体静电水平的方法。研究发现,通过在近分布板处注入0-50 ppm含量的液体抗静电剂,可以在不改变流化条件的前提下,实现流化颗粒的荷质比在-2.75-0 nC/g范围内可控变化；随着抗静电剂含量增加,流化颗粒荷电量逐步降低,颗粒黏壁逐渐减少,证实了该方法的可行性。2.采用注入微量液体抗静电剂的方法调控流化床内颗粒荷电量,揭示了颗粒荷电量对气泡尺寸、料位波动的影响规律和作用机制。荷电极性相同的颗粒间的静电斥力导致颗粒间平均距离增大,床层乳化相空隙率增加,气泡尺寸减小,料位波动减弱。研究发现,颗粒荷电量越大,静电对气泡的影响越显著；与流化颗粒不带电时相比,颗粒饱和荷电时流化床内的平均气泡直径下降约21%,床层平均空隙率下降约6%。3.采用注入微量液体抗静电剂的方法调控流化床内整体颗粒荷电量,结合声发射检测技术和多尺度小波分析方法,揭示了颗粒荷电量对Geldart B/D类流化颗粒与壁面间的平均撞击角度、运动速度及流动模式的影响规律和作用机制,考虑静电力的作用对传统的起始流化速度关联式进行修正并实验验证了其正确性。(1)静电对流动模式的影响较小；低气速操作时,颗粒荷电量越大,颗粒与壁面间的平均撞击角度越大,颗粒运动速度越小；高气速操作时,作用于颗粒的气流曳力显著大于静电力,颗粒荷电量对颗粒与壁面间的平均撞击角度及颗粒运动速度的影响较小。研究发现,在低气速操作和高气速操作条件下,床层静电的消除导致聚丙烯颗粒与壁面的平均撞击角度分别下降3度和0.8度；在低气速操作条件下,聚丙烯和线性低密度聚乙烯颗粒的运动速度分别提升了240%和143%。(2)考虑静电力的作用对传统的Wen-Yu关联式进行了修正,从理论上分析了颗粒荷电量对起始流化速度和床层总压降的影响,并通过颗粒荷电量逐渐增加、电荷逐渐耗散等两个实验进行了验证。研究发现,当流化颗粒荷电并导致颗粒黏壁时,起始流化速度增大,床层总压降下降；对于聚丙烯颗粒,颗粒饱和荷电导致起始流化速度增加了5.4%。4.提出了一种用于消除流化床静电的原位电极电晕荷电法。首先,通过伏安特性曲线、起晕电压和电晕作用范围的研究,掌握了流化床内气固混合物的电晕放电特性。其次,通过比较电晕消电前后静电势、颗粒荷质比和稀相区场强,证实了该方法的可行性。研究发现原位电极电晕荷电效率受颗粒摩擦荷电和电晕荷电两个过程参数的共同影响,表观气速越大,气固混合物的起晕电压越小,电晕消电的效率越高。相比离子风消电法,借助流化气流扩散电晕离子的电极原位消电法的消电效率更高。5.提出了通过改变电晕荷电条件或添加细颗粒来定量调节流化颗粒荷电量或完全消除颗粒荷电的静电调控方法和理论,并进行实验验证。首先,以颗粒摩擦荷电和电晕荷电理论为基础,建立了原位电极电晕荷电过程的数学模型,从理论上分析了颗粒摩擦荷电饱和值、时间常数、电晕荷电饱和值及其时间常数等对颗粒最终荷电量的影响规律并获得实验验证。其次,以颗粒摩擦荷电模型为基础,发展了细颗粒静电调控理论,发现粗/细颗粒粒径比、细颗粒含量、细颗粒与流化颗粒间的接触电势差共同决定了添加细颗粒的流化床内静电的大小；该模型统一了细颗粒对流化床静电的影响机制,并能很好地解释文献数据。6.理论分析了静电对流化床内热质传递过程的影响规律,发现静电通过改变颗粒雷诺数使得气泡相的传热/传质系数增加,乳化相的传热/传质系数减小,整床的传热/传质系数减小。在不改变流化条件时,采用原位电极电晕荷电、添加细颗粒、注入微量液体抗静电剂等方法调控流化床内静电,可以实现强化热质传递的目标。