本文以单喷嘴水冷壁式粉煤加压气化技术为研究背景,以解决同轴喷嘴因严重磨蚀而影响使用寿命及安全生产为研究目标,对稠密气固两相同轴射流中的颗粒流动特性进行了详细而深入的研究。发现了同轴喷嘴端部的颗粒逆向卷吸现象是导致了喷嘴的磨蚀主要原因,并分析喷嘴间壁厚度对同轴射流远场颗粒弥散的影响。具体内容归纳如下:1.利用高速摄像仪配合高倍变焦镜头,观测了喷嘴端部的颗粒局部流动特性。发现了由于喷嘴壁面厚度而产生间壁效应,引起了同轴气体强烈的回流作用,从而诱导了颗粒逆向卷吸现象的出现并导致喷嘴的磨蚀。通过处理与分析实验图像,揭示了颗粒逆向卷吸随环隙气速、间壁厚度、颗粒质量流率和颗粒粒径的变化规律。发现了颗粒逆向卷吸的临界环隙气速随颗粒质量流率的增加呈线性增加,得到了颗粒流卷吸长度和逆向弥散角的经验关系式。此外,通过数值模拟计算获得了间壁效应中的回流气体流场特性,并呈现了高气速下被卷吸颗粒的流动轨迹。根据气固两相流理论和修正曳力模型,建立了被卷吸颗粒的运动模型,得到了颗粒回流速度,为解决喷嘴磨蚀提供了理论分析。2.研究了间壁效应对稠密气固两相同轴射流中颗粒弥散特性的影响。发现了间壁效应会增加同轴环隙气体射流的涡层厚度,显著削弱对中心颗粒流的剪切作用,进而抑制颗粒弥散。分析了喷嘴间壁厚度对颗粒波状弥散中的扰动波长、振幅和弥散角等特征量的影响。利用不稳定性理论揭示了扰动波长与修正涡层厚度呈线性关系,获得了波动振幅随修正涡层厚度的变化规律。3.考察了稠密气固两相同轴交叉射流的颗粒流动特性。发现了由于同轴交叉气体射流的"挤压"作用,射流近场的中心颗粒流发生收缩现象。通过观测颗粒射流近场中的局部流动特性,得到了颗粒流最小直径和收缩长度都随环隙气速和交叉角的增加而减小。提出了颗粒流最小直径和收缩长度与交叉角、环隙气速和颗粒质量流率之间的数学模型。引入交叉角因子来分析同轴交叉射流对颗粒射流弥散长度的影响,修正了交叉射流中的弥散长度关系式。揭示了颗粒射流弥散角与环隙气速和交叉角呈非线性关系,提出了交叉角对颗粒弥散的影响是由径向挤压扰动和轴向剪切不稳定共同决定的。此外,还发现了同轴交叉射流中的间壁效应诱导颗粒逆向卷吸现象更靠近喷嘴壁面,加剧了喷嘴的磨蚀,并利用交叉角因子修正了颗粒流卷吸长度。