液固流化床换热器是一种将流化床技术与换热器紧密结合,具有高效传热特性的技术,其在制冰浆领域有着广阔的应用前景。然而,液固流化床换热器上升管中颗粒分布的不均匀性是制约该技术性能的瓶颈。本文在前期实验研究的基础上,通过改进下流化箱内分布器的结构、采用不同的颗粒材料并应用流场模拟软件对下流化箱内颗粒分布的均匀性进行分析。通过研究液固流化床换热器内颗粒的最小流态化速度、终端速度和膨胀指数来探讨其内部流体的流动规律。通过对比分析影响液固流化床的下流化箱内流场四个关键影响因素,即喷嘴的安装位置、不同的下流化箱的下直管段长度、有无阻流帽及分布器的结构型式来研究其对下流化箱内流场的影响。本论文主要开展的工作如下:(1)颗粒的最小流态化速度、终端速度和膨胀指数实验研究。分别采用3种直径为1、2和3 mm,密度分别为7729 kg/m3的轴承钢、4123 kg/m3的氧化锆和2364 kg/m3的氧化铝的标准球形粗颗粒,在内径为60 mm,高度为1.45m的垂直玻璃圆柱形立管中进行实验。颗粒固定床床层体积分数分别为10%、15%、20%、25%和30%。通过测量床层压力降来预测最小流态化速度,并与采用Wen-Yu公式、Richardson.et al.公式和Chen.et al.公式的理论计算结果进行比较,对比结果表明,实验值与理论值吻合较好,其中,Chen.et al.公式的偏差最小。实验结果表明,颗粒的粒径和密度的增大是造成最小流态化速度变大的主要原因,与床层颗粒的体积分数无关。讨论了常见的用于计算球形颗粒的终端速度公式和膨胀指数公式的精度,并得出了适用于工程领域的具有较高精度的终端速度和膨胀指数公式。(2)喷嘴的安装位置、下流化箱的不同下直管段高度、有无阻流帽对下管箱内流场的影响。将喷嘴分别置于下降管的5个不同位置即左端、中端、右端、右端右侧10 mm和右端右侧20 mm,得出喷嘴位于下降管的右端时其在下降管下部形成的负压最大从而使颗粒正常的循环;下流化箱的下直管段高度分别采取50、75、100、125、150 mm这5种不同的方案,得出其高度为100 mm时颗粒在其内部分布最均匀;对比分析下流化箱内有阻流帽和无阻流帽时的2种情况表明有阻流帽时下流化箱内的颗粒大多集中于中部的换热管正下方,其分布效果较好。(3)不同分布器结构型式的对比研究。对比分析变孔径分布板、等孔径分布板,小格边长分别为2、4、6、8 mm的分布网,倾角分别为45°、52.5°、60°的圆台形分布器对其内部颗粒的分布均匀性的影响,结果表明小格边长为4mm的分布网的分布效果最好。