微通道氣液固三相流模擬和微小型液固流化床實驗研究.pdf

1、微尺度及微小尺度下多相流具有很大的相間比表面積,能夠極大地強化相間傳遞和混合性能等,在微化工技術(shù)中占有重要地位。而前人對微尺度多相流的研究主要集中在氣-液、液-液兩相流動上,對其他微尺度多相過程的研究則相對有限。本文在已有研究的基礎(chǔ)上,進行了低固含率條件下微通道氣-液-固三相流數(shù)值模擬研究和微小型流化床內(nèi)液-固膨脹流化實驗研究,以期為微小型和微型氣-液-固三相流化床的研究打下基礎(chǔ)。
　　本文以Fluent6.3.26軟件為平臺,針

2、對微通道內(nèi)低固含率條件下(0.3~8％)、氣液操作范圍均為0.17~0.85m/s內(nèi)的氣-液-固三相流,采用CFD-VOF-DPM方法對其流動特征和返混行為進行了數(shù)值模擬,并通過實驗觀察進行了驗證。模擬結(jié)果的流型圖顯示,彈狀流是微尺度氣-液-固三相流中主要流型,相比于氣-液兩相流,由于顆粒相的存在增加了液體的有效黏度,使得氣泡生成機理由擠壓區(qū)向滴狀區(qū)方向移動,故氣-液-固三相流中的氣栓脫離時間和長度都縮短。顆粒主要分布在液栓內(nèi),其流動特

3、征在時空尺度上都具有顯著的周期性。隨著微通道內(nèi)壁面接觸角的增大(即壁面潤濕性的減小),分別得到了彈狀流(0°~50°)、分層流(77°~120°)和液滴流(160°)三種流型。通過脈沖示蹤法的分析,發(fā)現(xiàn)在典型操作條件(氣液比為5:1)下,彈狀流和液滴流中液-固混合物的停留時間分布曲線都呈多峰分布形式。液-固混合物的返混程度在液滴流中最弱,氣相的返混程度在彈狀流中最弱。在彈狀流條件下,減小氣液流量比,可使氣相和液-固混合物的返混程度都減弱

4、。
　　可視化實驗研究了微小型液-固流化床的膨脹特性,并考察了床徑(3.15×10-3m與1.1×10-2m)、粒徑((80~200)×10-6m)及其分布對流化行為的影響。研究表明:在水力直徑3.15×10-3m的流化床內(nèi),粒徑大于80×10-6m時,顆粒最小流化速度大于由Ergun方程和Wen-Yu曳力系數(shù)推導(dǎo)出的理論值,即存在壁面效應(yīng)。當壁面效應(yīng)存在時,粒徑分布對Richardson-Zaki關(guān)系式影響很大,當粒徑分布較寬時