生物质热裂解技术是通过生物质能源制取生物油的主要途径,关键环节是热裂解反应器的设计,故开发更加优异的反应器结构对生物质能源的有效利用具有重要意义。本文在流化床反应器的基础上,设计了一种内部设有开口和导流板的多仓室流化床生物质热裂解反应器。数值模拟中使用软件FLUENT 16.0对冷态条件下反应器内的气固两相流动进行非稳态计算,研究了反应器的运行效果和流态化特性。多相流模型选用欧拉双流体模型,湍流模型采用标准k-?模型,气固相间交换系数选用Syamlal-O’Brien模型。使用有限体积法对控制方程进行离散,选择基于压力的分离式求解器。动量、湍流动能和湍动耗散率采用MUSCL格式,体积分数采用QUICK格式。采用PC-SIMPLE算法对相间压力和速度耦合。(1)研究了进料速度对物料输送时长的影响,结果表明:进料速度为0.04 kg/s时反应器内的物料输送时长约30 s,能够保证颗粒充分裂解;(2)研究了开口尺寸对物料输送时长、密相床高度变化规律的影响,结果表明:开口尺寸为5 cm时,物料输送顺畅快速,各室床高基本稳定在0.2 m的高度;(3)研究了导流板仰角对物料输送时长、内部流场的影响,结果表明:导流板对开口处的颗粒有明显引流作用,仰角为45°时最有利于颗粒依序单向流动;(4)研究了粒径和气速条件对颗粒流态化特性、物料输送时长、密相床高度变化规律的影响,结果表明:粒径为300μm、气速为0.3 m/s时流化质量最好,反应器运行最稳定。模拟优化后确定了反应器的最佳进料浓度约为4.4 kg/m~3,开口尺寸为仓室高度(30 cm)的1/6,导流板仰角为45°,最优物性和操作条件为颗粒粒径300μm、流化气速0.3 m/s。冷态实验中设计了反应器并搭建系统,固相选取木屑颗粒,气相选用空气。(1)对比模拟与实验中反应器第三仓室不同高度位置的压力数据发现:在不同粒径和气速条件下,两者数据均吻合较好。在15 cm(开口的下边缘)以下的位置,两者误差在10%以内;(2)对比模拟与实验中反应器内的床高变化规律发现:两者趋势基本一致,数值误差在15%以内。实验中床高的最终稳定值约为23 cm(模拟值为20 cm);(3)设计颗粒分布实验,利用三组粒径范围的物料来近似代替三种不同停留时间的颗粒。结果表明:连续进料时约50%的颗粒可以进入预期对应的仓室。实验验证了模拟的正确性和反应器结构设计的合理性。综合模拟与实验的研究结果表明:多仓室流化床反应器在保证裂解气及时移出反应器减少二次裂解的同时,确保固体颗粒有足够的停留时间充分裂解。该反应器可以实现连续化生产,通过改变进料速度可控制物料的平均停留时间。多仓室设计可以达到物料逐级输送的运行效果,把颗粒裂解过程人为地分为若干阶段,可明显改善物料停留时间分布,抑制颗粒返混现象。