为了准确表征并研究下行床内气固流动特性尤其是颗粒聚团特性,本论文搭建了高度为5 m的二维下行循环流化床,在表观气速为1～7 m/s,颗粒循环量为100～700 kg/m~2s的操作范围内,研究了下行床内平均颗粒浓度及平均颗粒速度的分布特性,在此基础上对下行床内颗粒聚团的时均及动态特性进行了详细探索,并系统考察了表观气速和颗粒循环速率对气固流动特性的影响规律。对下行床内尤其是高密度下行床内的气固宏观流动特性的研究表明,平均颗粒浓度及平均颗粒速度的轴向分布受入口结构的影响,气固流动不均匀。下行床轴向上,平均颗粒浓度分布呈现“顶部浓、底部稀”的特征。在下行床底部充分发展区,平均颗粒浓度约为0.7～10.9%,平均颗粒速度约为1.6～6.7 m/s;下行床横向截面上,平均颗粒浓度呈“中心低、边壁高”,平均颗粒速度则呈“中心高、边壁低”的分布特征。高密度操作条件下,平均颗粒浓度及平均颗粒速度分布不均匀性更大。对于操作条件的影响,平均颗粒浓度随表观气速的增大而减小,随颗粒循环量的增大而增大。平均颗粒速度随着表观气速增大而增大,但其随颗粒循环量的变化规律较为复杂。较小表观气速下(U_g≤3 m/s),平均颗粒速度随颗粒循环量增大而增大;而较大表观气速下(U_g>3 m/s),随颗粒循环量的增大,平均颗粒速度轴向分布变化幅度较小。这主要是因为较小表观气速下,气固间的作用力相对较弱,颗粒循环量的增加,使得颗粒形成聚团的几率增加,颗粒更多以颗粒聚团的形式通过下行床,导致整个轴向和横向的平均颗粒速度均增加。较大气速下气固作用较为强烈,增加颗粒循环量对颗粒聚团的形成影响不显著,颗粒的运动主要受表观气速影响,故平均颗粒速度变化不显著。基于以上研究,本论文进一步探讨了下行床内颗粒聚团特性及其随操作条件的变化趋势。颗粒聚团静态特征参数主要包括聚团固含率、聚团时间分数及聚团出现频率。主要研究结果表明,颗粒聚团固含率在轴向上呈“顶部浓、底部稀”的分布规律,这与下行床内平均颗粒浓度的轴向分布特性一致。在下行床底部充分发展区,颗粒聚团固含率为0.7～15.5%,颗粒聚团时间分数为30.3～40.4%,颗粒聚团出现频率在390～780 Hz之间。从横向分布来看,颗粒聚团固含率和时间分数呈“中心低、边壁高”的分布趋势,而颗粒聚团出现频率呈“中心高、边壁低”的分布特征。考察操作条件对颗粒聚团时均特性参数分布规律的影响可以发现,聚团固含率及聚团时间分数随操作条件的变化规律一致。二者随着表观气速的降低或颗粒循环量的增加而增加。对于聚团出现频率,其随表观气速的增加而增加。这主要是因为表观气速增加使得气固作用强度增加,颗粒聚团的形成和破碎频率随之增加。颗粒循环量对聚团出现频率的影响则在高低密度操作条件下略有不同。固定操作气速且颗粒循环量较小时(G_s≤300 kg/m~2s),随着颗粒循环量的增加,聚团出现频率在下行床入口处有所增加。入口处气固作用较为强烈,颗粒循环量增加,气固及固固接触概率和相互作用均得到加强。因此,入口处的聚团形成及破碎更加频繁,表现出较大的聚团出现频率。当颗粒循环量达到500 kg/m~2s时,下行床内实现了高密度操作。高密度操作条件下,增加颗粒循环量强化了颗粒与颗粒之间的相互作用力,形成的颗粒聚团将更加稳定,故导致颗粒聚团破碎现象有所降低,聚团出现频率有所下降。颗粒聚团的动态参数主要为颗粒聚团速度,在聚团速度及聚团持续时间的基础上还可以计算得到聚团弦长。颗粒聚团速度约为3.6～7.5 m/s,略大于相同操作条件下的平均颗粒速度。操作条件对聚团速度沿下行床轴向与横向分布规律的影响与其对平均颗粒速度分布规律的影响基本一致。聚团的弦长约为1.6～3.3 mm,且聚团弦长随表观气速的减小或颗粒循环量的增大而增大。对比高低密度操作条件下的结果可以发现,低密度操作条件下,聚团弦长随表观气速变化更明显,变化范围从1.6～3.3 mm;高密度操作条件下,聚团弦长则集中在2.5～2.9 mm,且基本不随表观气速及颗粒循环量的变化而变化。本实验操作条件下,颗粒聚团持续时间约为0.30～0.98 ms。对于操作条件的影响,颗粒聚团持续时间随表观气速的增加而降低。低密度操作条件下,聚团持续时间随颗粒循环量的增加而增加。高密度操作条件下,持续时间随颗粒循环量的变化规律则受表观气速的影响。在较小表观气速(U_g=1 m/s)下,颗粒循环量由500 kg/m~2s增加至700 kg/m~2s时,颗粒聚团持续时间随之降低;而在较大表观气速(U_g=3 m/s)下,颗粒聚团持续时间则随颗粒循环量的增加而增加。