液滴与固体颗粒的碰撞是自然界和工业应用中的常见现象。典型地,在采用侧壁喷射冷凝液、营造差异化聚合环境以生产高性能产品的“气液法”聚乙烯工艺中,雾化喷射的冷凝液滴与高温聚乙烯颗粒碰撞,形成不同形式的液膜和动态演化行为。例如,碰撞发生时,一部分液滴在颗粒表面扩散,形成液膜包裹颗粒并从外部穿越颗粒,剩余液膜残留在颗粒表面,为液桥的形成提供基础;又或液膜在颗粒表面下降后回弹,重新聚拢形成液滴,并弹飞离开颗粒。一部分液滴则在颗粒表面持续振荡,并停留在颗粒上。液膜在颗粒上的厚度、温度、停留时间、演化模式等,显著影响聚合单体及助催化剂向颗粒孔道的扩散速率、气-液-固三相的传质传热特性,以及颗粒-颗粒间相互作用力,最终改变聚合产品的聚集态结构,并可能诱发颗粒间液桥、固桥甚至颗粒团聚结块的形成。因此,探究不同温度下液滴-颗粒碰撞的复杂动态行为与热质传输过程,对于主动调控流化床反应器聚合微环境,实现产品高性能化,减少颗粒团聚结块,具有重要的理论价值和实际意义。然而,现有的研究缺乏工业生产温度下液滴与聚乙烯颗粒的相互作用描述,导致对液膜运动--传质传热-固桥形成的内在关系的认识依然模糊,也就无法针对性地改变操作条件,对聚合环境和产品性质进行有效调控。本文以气液法流化床聚乙烯工艺为主要背景,采用高速摄像、红外热成像及图像处理等方法,首先研究了了正己烷、1-己烯和去离子水液滴与单个聚乙烯颗粒的碰撞行为,考察了不同韦伯数下的颗粒北极点的液膜厚度、液膜扩展最远点的圆心角、动态接触角、弧长随温度的变化,以表征液膜的形成过程。进一步,借助红外热成像,考察了碰撞后较长时间段内液膜在颗粒上的存留行为,重点考察了液膜少量残存时的爬升面积和爬升距离。最后,通过红外热成像、扫描电镜等手段,研究了双颗粒间的液桥形态及对固桥生成的影响,进一步研究了颗粒温度、颗粒湿润度对固桥生长的作用,并分析比较了不同条件下的三种固桥生长模式。本文的研究结果从流体动力学和热量传递两个角度阐述了液滴-聚乙烯颗粒碰撞后的液膜演化行为,为气液法流化床聚乙烯工艺的过程强化和优化设计提供了基础理论指导。主要研究内容和结果包括:(1)采用高速摄像和图像处理的方法,分别研究了短时间尺度(0.15s)下正己烷液滴、1-己烯液滴和去离子水液滴与单个聚乙烯颗粒碰撞过程中的液膜行为。发现正己烷、1-己烯液膜均具有直接滑移降落和回涌两种典型行为。对于正己烷液膜来说,随着韦伯数的增加,发生回涌所需阈值温度增加。1-己烯液膜在颗粒温度低于50℃时直接滑移降落,而总是在高于70 ℃时发生回涌。两种行为的特征差异可以直接从颗粒北极点液膜的无量纲膜厚随无量纲时间变化的曲线中提取。颗粒温度超过70℃,正己烷与1-己烯液膜都立即发生蒸发和飞溅。去离子水液膜在低韦伯数下停留在颗粒上进行阻尼振荡,在高韦伯数下发生规律性较弱的回涌。液膜回涌增加了颗粒与液相组份的接触时间,液膜蒸发对颗粒周围的气相组分产生局部增浓的作用,液滴飞溅则增大了气液相传质、传热界面,提高热质传递速率。据此确定了气液法反应器中热质传递强化的液滴韦伯数和颗粒温度范围。(2)在热成像仪视野下研究了长时间尺度(6 s)下液滴与单个聚乙烯颗粒碰撞过程中的液膜行为,发现了液膜回涌的特殊行为。正己烷、1-己烯和去离子水液膜呈现出三种不同的液膜降落形态,正己烷液膜的收缩呈上下半区后降落,使得赤道附近区间被二次覆盖;1-己烯液膜收缩呈网格状后多路径降落,路径部分得到较长时间覆盖;去离子水液膜直接收缩成水珠附着在颗粒南极附近。在液膜附着后的某个时段(0.5-1.5 s),颗粒表面趋向一种被持续加热但仍有少量液体存留的稳定状态,在这个时段里的颗粒温度是较为稳定的。这是由于此时液膜在颗粒赤道至南半球的某个区域中来回爬升的缘故。正己烷液膜的爬升区域更大,距离更短,液膜更薄,且随着温度升高,爬升区域的位置向下移动,接近南极。正己烷液膜在爬升时尽管距离较短,但覆盖区域更广、液膜更薄,因此,正己烷更适合作为气液法反应器中的冷凝介质,有效显著地带走颗粒热量。1-己烯液膜的爬升行为增加了颗粒与液相组份接触时间,提高了液膜与颗粒间的热质传递速率,有利于维持颗粒附近的气相组分的浓度。(3)采用红外热成像与扫描电镜的方法研究了长时间尺度下液滴与双聚乙烯颗粒碰撞过程中的液膜行为,发现了固桥生长的三种模式,分别为高温下湿润双颗粒无液滴释放、干燥双颗粒间连续释放液滴、湿润双颗粒间连续释放液滴,其中连续释放液滴的两种模式为液桥诱导固桥形成。高温下湿润双颗粒无液滴释放形成固桥时,固桥的生长是以两颗粒间接触点为中心,先上后下,先慢后快;干燥双颗粒间连续释放液滴形成固桥时,中间部分先生长,上部先于下部,后与下部交替进行;湿润双颗粒间连续释放液滴形成固桥时,中间部分快速生长,上下部分拖后进行。固桥生长速度由快到慢为:湿润双颗粒间连续释放液滴、湿润双颗粒无液滴释放、干燥双颗粒间连续释放液滴。这说明对于固桥生长来说,颗粒处于的润湿状态时长的影响大于液桥所含液量的影响,极薄液膜的存在即可促进固桥生长,而液桥液量的影响则处于次要地位。在侧壁喷射冷凝液的气液法反应器中,固桥形成是颗粒团聚的重要前提,因此,本研究工作为团聚形成的可能路径提供了理论依据。