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气固流态化已广泛应用于石油、化工、环保、能源等领域,并且随着高新技术的发展,其应用领域越来越广泛。然而,传统的气固反应器中,固体物料的停留时间和外循环流率往往无法兼顾。针对此问题,本文提出了一种新型的流化床输运床耦合反应器,该反应器将鼓泡流化床和输运床有机结合,既具有鼓泡流化床颗粒停留时间长的优点,又具有输运床颗粒循环流率大的特点。同时,该反应器通过调节操作气速就可以对颗粒循环流率和停留时间进行有效的控制。 本文自行设计并搭建了流化床输运床耦合反应器冷态实验台,研究了中心风管位置、中心风管与提升管管径比(d/D)、流化风速(u1)、中心风速(u2)、颗粒粒径以及静止床高等因素对颗粒循环流率(Gs)的影响。结果表明:在本文实验条件下,中心风管的位置对Gs有一定的影响但并不十分显著;中心风量恒定时,当给定中心风量小于25 m3/h时,Gs随着d/D的增加迅速降低,中心风量大于35 m3/h时,Gs几乎不随d/D改变;中心风速恒定时,Gs随着d/D的增加显著增大;操作气速、颗粒粒径和静止床高对Gs有较大的影响,当d/D小于等于0.47时,Gs先随着中心风速或流化风速的增加而增加,随后增幅趋于缓慢;当d/D大于等于0.55时,Gs几乎不随中心风速的增加而改变,但是随着流化风速的增加而增加;Gs随颗粒平均粒径的增大而减小,随静止床高的增加而显著增加。通过试验数据回归,得到Gs的计算关联式,计算值的平均相对误差为-4.37%,可以较好地预测Gs。 为进一步研究耦合反应器内气固流动特性,本文还基于FLUENT软件对耦合反应器内气固两相流动进行了数值模拟。从残差曲线收敛、气固相质量流率守恒、网格无关性以及实验数据对比等角度对模拟结果进行验证。模拟结果表明:中心风管出口与提升管入口间的床层截面上,颗粒固含率沿径向主要呈先增加后减小的趋势,颗粒和气体的轴向速度在该区域沿径向均呈中心区大、边壁区小规律分布,并且在提升管边壁有窜气现象;提升管内颗粒固含率呈中心区小边壁、区大的环核型分布,而颗粒与气体的轴向速度均呈中心区大、边壁区小的规律分布;颗粒循环流率随中心风速、流化风速以及提升管管径的增大而增加,随颗粒粒径的增加而减小,模拟结果与实验结果较为吻合。