喷动床技术作为流态化的一个重要分支,应用领域已从最初的用于处理粗大窄筛分颗粒的过程逐渐演变为干燥、涂层、造粒、制药、化学反应、煤气化、热解、烟气脱硫、催化聚合等许多的方面。随着喷动床技术的研究越来越深入,许多的研究人员提出了不同类型的喷动床,如多喷头喷动床、喷动-流化床、导向管喷动床和内循环喷动床。传统的喷动床存在内外分层流动、缺少横向混合、颗粒堆积与流动死区、团聚现象,对床体结构的传热传质产生不利的影响,因此为了解决这一问题,结合喷动床与流化床的优点并克服了各自的不足,本文提出了一种三维多喷嘴喷动-流化床结构,这一床体结构的优点在于不需要旁路供气辅助设备的情况下,减少了喷动床内环隙区颗粒堆积及流动死区,有效强化了气固两相之间的传质传热过程。本文针对三维多喷嘴喷动-流化床开展了实验与数值模拟研究,通过在床体柱锥侧设计三维空间分布的圆孔型侧喷嘴,形成了三维整体式多喷嘴喷动-流化床。相比于二维模型能够更加真实反应喷动床反应器喷动规律和操作性能,从而为工业生产应用提供必要的参考。论文的研究内容总结如下:(1)实验采用粒子图像测速技术(PIV)研究了静床层高度、颗粒直径对多喷嘴喷动-流化床内颗粒轨迹的运动情况,并与常规喷动床情况进行对比。结果表明:多喷嘴结构进口气体的分流作用能有效强化喷动床内颗粒相的径向运动,从而强化喷射区及环隙区内气体与颗粒的径向混合。颗粒直径越小多喷嘴结构越能有效消除环隙区的颗粒堆积,存在最佳颗粒处理量使喷动-流化床内颗粒相流场分布的均匀性达到最佳。(2)对三维多喷嘴喷动-流化床内气固两相流动特性进行研究。模拟计算分析了侧喷嘴不同开孔直径、分布方式、开孔数量对三维多喷嘴喷动-流化床内气固两相流动规律的影响。结果表明:由床内颗粒体积分数、颗粒径向速度分布及径向速度分布均匀性得出,保持开孔数量为24孔时,无量纲进气截面积为A_i/A_z=0.67,喷动-流化床内整体颗粒流场的均匀度为最优状态,即多喷嘴结构对喷动-流化床内整体的颗粒流化作用达到最佳。在低截面床层高度下,侧喷嘴Case D分布方式下,最底层颗粒层的破坏最为显著,有效地流化了环隙区颗粒层之间堆积,流场均匀度呈现出最好。开孔直径为4mm,开孔数量为24孔时,床内相对标准偏差CV值呈现出最小,该工况下所形成的颗粒的喷动效果最好。(3)对比研究了颗粒直径与颗粒处理量对床层内颗粒流动的影响。结果表明:颗粒直径越小时,环隙区颗粒的体积分数最小,说明了侧喷嘴气体的局部流化作用对粒径较小的颗粒尤为显著,能够有效的降低环隙区颗粒的堆积现象。在多喷嘴结构的影响下,颗粒的处理量越少,在低床层高度处由于上层颗粒对锥体区颗粒承受压力较小,颗粒的堆积破坏明显,气体更容易冲破床层,颗粒的速度有所增加。