CN101832854A - B类颗粒气固两相流流动特性的无约束出口实验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种B类颗粒气固两相流流动特性的无约束出口实验台，涉及流体动力技术，包括：空压机、电动阀、压力传感器、质量流量计、温度传感器、排渣阀、布风板、提升管、光纤测量仪、加料口、储料罐、下降管、绞龙给料机、伞式收尘装置、电容层析成像技术(ECT)。本发明实验台，通过入口气量、温度值、各个测量点的压力、速度以及电容层析成像技术所测量的数据，并通过观察提升管内的流动情况，对两相流流动特点和机理进行分析总结，为B类颗粒气固两相流动模拟提供所需的经验公式，并验证数值模型。

Description

B类颗粒气固两相流流动特性的无约束出口实验台

技术领域

本发明涉及流体动力学CFD模型模拟计算技术领域，是一种B类颗粒气固两相流流动特性的无约束出口实验台。

背景技术

目前CFD模拟技术的发展迅速，其成本低、周期短，广泛应用于能源、化工、环境等领域。与验证数值模型正确性的实验是必不可少的，有些实验在技术实现上具有一定难度，特别是流体动力学领域流化床中B类颗粒的模拟还未建立起成熟的数值模型，这就需要通过建造与之匹配的实验系统为数值模拟工作提供经验公式和验证平台，从而对模型进行修正以得到能够表征B类颗粒流动本质的准确物理模型。基于国家“863计划”能源领域重大项目一以煤气化为基础的多联产示范工程子课题“粉煤加压密相输运床气化技术”其气化炉使用B类颗粒，希望床内实现浓度分布均匀，返混量小的密相输运状态，与此前该领域的研究有较大差异，因此就需要建造基础研究的实验系统，通过测量得到的实验数据对模拟的数值模型进行验证和改进，从而指导工程实际气化炉的优化设计。

通过文献调研，国内外一些学者对循环流化床系统的实验研究做了许多工作，也获得了具有借鉴意义的结论，但以前的研究大多是针对化工领域石油催化裂化使用的微小A类固体颗粒设计的，对使用B类颗粒循环流化床的研究还很有限。此外，现有的实验台还未查到设计成无约束出口结构的，目前已有的出口结构将严重影响提升管内的两相流动情况，不能得到无约束出口条件下管内的真实流动特征。

发明内容

本发明的目的是公开一种B类颗粒气固两相流流动特性的无约束出口实验台，克服现有技术的缺陷，采用提升管无约束出口结构，真实反映B类固体颗粒在管内的运动规律，对B类颗粒的两相流动情况的模拟提供实验数据的支撑和改进标准。

为了实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种B类颗粒气固两相流流动特性的无约束出口实验台，包括：空压机、电动阀、压力传感器、质量流量计、温度传感器、排渣阀、布风板、提升管、光纤测量仪、加料口、储料罐、下降管、绞龙给料机；其还包括伞式收尘装置、电容层析成像技术；其中，

主床系统由布风板与提升管构成，提升管竖直设置，上部侧壁设有光纤测量仪，布风板位于提升管下部，提升管上端开口，下端设有排渣阀，在布风板和排渣阀之间的侧壁上有进气口；

提升管侧壁纵向设有多个压力传感器；空压机出风口经电动阀、进气管道、进气口与提升管内腔相联通；

进气管道中设有压力传感器、质量流量计和温度传感器；

伞式收尘装置为腔式结构，位于提升管上方，其底面为一倾角45°的钢板，底面下缘与侧面相交处设有物料出口；同时，伞式收尘装置底面与提升管上端固接，提升管出口与伞式收尘装置内腔相通连；

储料罐为腔式结构，位于伞式收尘装置下方，储料罐顶板设有加料口，伞式收尘装置的物料出口伸入储料罐顶板内，并与顶板固接，伞式收尘装置与储料罐内腔相通连；下降管竖直设置，储料罐下端开口与下降管上端开口固接，下降管下端开口与绞龙给料机上侧壁固接，下降管与绞龙给料机内腔相通连；

下降管侧壁外周缘设有电容层析成像技术；

绞龙给料机水平设置，其出口端与提升管侧壁固接，出口位于布风板上方，绞龙给料机与提升管内腔相通连；

空压机、绞龙给料机、光纤测量仪、电容层析成像技术、压力传感器、质量流量计和温度传感器通过各自的变送模块与工控机电连接。

所述的无约束出口实验台，其所述进气管道、伞式收尘装置、储料罐、下降管为钢材制作；伞式收尘装置和储料罐为封闭的腔式结构。

所述的无约束出口实验台，其所述布风板为钢板，在钢板上设有规则的风孔；提升管为透明有机玻璃。

所述的无约束出口实验台，其所述电动阀、排渣阀为自动控制，分别与工控机电连接。

所述的无约束出口实验台，其所述提升管侧壁纵向设置的光纤测量仪至少为两个；压力传感器至少为三个。

本发明的一种B类颗粒气固两相流流动特性的无约束出口实验台，考察B类颗粒在系统中的流动情况，分析床内气固两相流的流动机理，进而实现冷态密相输运状态，并通过先进的测量手段如：光纤测速仪、(ECT)获得系统内流动的物理量值。实验数据和分析结果也将对气固流动数值模型进行验证，校验不同CFD模型模拟的适用性，并开发适用于密相输运床系统的数学物理模型，为设计优化和工程放大提供指导意义。

本发明很好的解决了目前已有出口结构严重影响提升管内的两相流动情况和不能得到无约束出口条件下管内的真实流动特征的两个问题。

附图说明

图1：本发明的一种B类颗粒气固两相流流动特性的无约束出口实验台。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

本发明是一种研究B类颗粒气固两相流流动特性的无约束出口实验台。该实验台可以研究B类颗粒气固两相流在提升管区域里随操作气速变化的流动特性，可用于B类颗粒气固两相流的流域特性分析和机理研究，同时也将指导B类颗粒气固两相流流动行为的数值模拟建模，并通过该实验台的测量数据验证模型的可行性。

如图1所示，为本发明的一种B类颗粒气固两相流流动特性的无约束出口实验台，是小型冷态无约束出口流化床，主要由供气系统、主床系统、收尘系统、返料系统、补料和放料系统以及测试系统组成。包括：空压机1；电动阀2；压力传感器3；质量流量计4；温度传感器5；排渣阀6；布风板7；提升管8；光纤测量仪9；伞式收尘器10；加料口11；储料罐12；下降管13；电容层析成像技术(ECT)14；绞龙给料机15。

供气系统主要螺杆空压机1构成，提供系统运行所需要的气源。主床系统由布风板7与提升管8构成，提升管8上部侧壁设有光纤测量仪9，布风板7位于提升管8下部，提升管8上端开口，下端设有排渣阀6，在布风板7和排渣阀6之间的侧壁上有进气口。布风板7由钢板构成，在钢板上规则的开一些风孔。布风板7一方面使进入提升管8的压缩空气分布均匀，另外由于布风板7的开孔较小，气体通过风孔进入提升管8速度增大，可以起到防止固体物料回落堵塞气源的作用。提升管8由有机玻璃构成，方便观察物料在管内的流动情况。提升管8侧壁纵向设有多个压力传感器3。提升管8主要作用是作为两相流动的通道，同时密相输运也是在提升管8内实现的。空压机1出风口经电动阀2、进气管道、进气口与提升管8内腔相联通。

进气管道中设有压力传感器3、质量流量计4和温度传感器5。

收尘系统由伞式收尘装置10构成。伞式收尘装置10为钢制腔式结构，其底面为一倾角45°的钢板，底面下缘与侧面相交处设有物料出口，能保证出口物料完全返回到储料罐12里，避免了人工清扫。同时，伞式收尘装置10底面与提升管8上端固接，提升管8出口与伞式收尘装置10内腔相通连，可以近似获得完全无约束的出口结构效果，这种出口结构可以最大限度减少出口结构对管内流动状态的约束和限制，真实准确的考察两相流的运动本质，确保实验得到无出口条件影响下提升管8内的气固两相流动。

返料系统由储料罐12、下降管13和绞龙给料机15构成。储料罐12为钢制腔式结构，储料罐12顶板设有加料口11，伞式收尘装置10的物料出口伸入储料罐12顶板，并与顶板固接，伞式收尘装置10所收集的固体物料落入储料罐12中。下降管13竖直设置，储料罐12下端开口与下降管13上端固接，下降管13下端开口与绞龙给料机15上侧壁固接，下降管13与绞龙给料机15内腔相通连。储料罐12可以确保固体物料在提升管8内循环时下降管13内始终保持基本稳定的料位，从而保证每次实验时下降管13内的压降基本不变，避免了由于下降管13内压降波动引起的实验不稳定。下降管13为钢制结构，主要是作为固体物料下降的通道，同时也可以存储少量物料，下降管13侧壁外周缘设有电容层析成像技术(ECT)14。绞龙给料机15水平设置，其出口端与提升管8侧壁固接，出口位于布风板7上方，绞龙给料机15与提升管8内腔相通连。绞龙给料机15是通过绞龙给料的方式，向提升管8内加入一定量的物料。

补料和放料系统由储料罐12和排渣阀6构成。少量从布风板7漏下的物料会使床内存料量减少，所以当实验进行一段时间要对系统内进行补料。补料时可以将物料通过加料口11加入储料罐12中，经下降管13、绞龙给料机15送入提升管8。放料是通过布风板7下方的排渣阀6来实现。当需要放料时则将实验系统停机，打开排渣阀6放出漏料即可。测试系统主要对压力、温度、气体流量、颗粒速度以及固体物料循环流率的测量。其中压力、温度和气体流量的测量分别是通过压力传感器3、转子质量流量计4和温度传感器5实现的，并且通过各自的变送模块与工控机(图中没示出)相连，实现实时显示。质量流量计4是测量入口气量，温度传感器5是测量进入提升管8的气体温度，压力则有多点压力传感器3进行测量，从而来分析提升管8内的流动情况。颗粒速度通过在提升管8上不同高度布置光纤测量仪9获得。固体循环流率的测量是通过引进电容层析成像技术(ECT)14实现，通过电容层析成像技术(ECT)14测量下降管13特定位置处的固体颗粒浓度推算出提升管8内平均空隙率和固体循环流率。

空压机1、绞龙给料机15、光纤测量仪9、电容层析成像技术14、压力传感器3、质量流量计4和温度传感器5通过各自的变送模块与工控机电连接，由工控机的软件控制。

进气管道为钢材制作。

电动阀2、排渣阀6为自动阀，分别与工控机电连接，由控制系统依据需要开启或关闭。

本发明的工作过程：

首先关闭绞龙给料机15，将一定量的固体床料加入储料罐12内，关闭排渣阀6。打开空压机1，打开电动阀2，压缩空气通过进气管道和布风板7进入提升管8内。开启绞龙给料机15，向提升管8内加入一定量的固体物料量，通过所测量的入口气量(4)、温度值(5)、各个测量点的压力(3)、速度(9)以及电容层析成像技术(ECT)14所测量下降管13的颗粒浓度，得到提升管8内的固体床料分布情况，然后通过计算分析调整空压机1气量以及绞龙给料机15给料量来实现所需工况，并通过观察提升管8内的流动情况，以此来对两相流流动特点和机理进行分析总结，实验数据为B类颗粒气固两相流动模拟提供所需的经验公式，并验证数值模型。

Claims (5)

1.一种B类颗粒气固两相流流动特性的无约束出口实验台，包括：空压机、电动阀、压力传感器、质量流量计、温度传感器、排渣阀、布风板、提升管、光纤测量仪、加料口、储料罐、下降管、绞龙给料机；其特征在于，还包括伞式收尘装置、电容层析成像技术；其中，

主床系统由布风板与提升管构成，提升管竖直设置，上部侧壁纵向设有多个光纤测量仪，布风板位于提升管下部，提升管上端开口，下端设有排渣阀，在布风板和排渣阀之间的侧壁上有进气口；

提升管侧壁纵向设有多个压力传感器；空压机出风口经电动阀、进气管道、进气口与提升管内腔相联通；

进气管道中设有压力传感器、质量流量计和温度传感器；

伞式收尘装置为腔式结构，位于提升管上方，其底面为一倾角45°的钢板，底面下缘与侧面相交处设有物料出口；同时，伞式收尘装置底面与提升管上端固接，提升管出口与伞式收尘装置内腔相通连；

储料罐为腔式结构，位于伞式收尘装置下方，储料罐顶板设有加料口，伞式收尘装置的物料出口伸入储料罐顶板内，并与顶板固接，伞式收尘装置与储料罐内腔相通连；下降管竖直设置，储料罐下端开口与下降管上端开口固接，下降管下端开口与绞龙给料机上侧壁固接，下降管与绞龙给料机内腔相通连；

下降管侧壁外周缘设有电容层析成像技术；

绞龙给料机水平设置，其出口端与提升管侧壁固接，出口位于布风板上方，绞龙给料机与提升管内腔相通连；

空压机、绞龙给料机、光纤测量仪、电容层析成像技术、压力传感器、质量流量计和温度传感器通过各自的变送模块与工控机电连接。

2.如权利要求1所述的无约束出口实验台，其特征在于，所述进气管道、伞式收尘装置、储料罐、下降管为钢材制作；伞式收尘装置和储料罐为封闭的腔式结构。

3.如权利要求1所述的无约束出口实验台，其特征在于，所述布风板为钢板，在钢板上设有规则的风孔；提升管为透明有机玻璃。

4.如权利要求1所述的无约束出口实验台，其特征在于，所述电动阀、排渣阀为自动控制，分别与工控机电连接。

5.如权利要求1所述的无约束出口实验台，其特征在于，所述提升管侧壁纵向设置的光纤测量仪至少为两个；压力传感器至少为三个。

Images