提升管氣固兩相流動特性及非線性特征分析.pdf

1、近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，作為多相流重要形式之一的氣固兩相流普遍存在于電力、煤炭、化工、制藥、食品等諸多行業(yè)，并得到了廣泛的應(yīng)用。但由于氣固兩相流動系統(tǒng)相界面的復(fù)雜性、多變性以及界面速度和其他效應(yīng)的存在，使其通常呈現(xiàn)出較強(qiáng)的非線性與非穩(wěn)定性特征，這對進(jìn)一步認(rèn)識氣固兩相流動特性與耦合作用機(jī)制造成了阻礙，從而限制了工業(yè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及生產(chǎn)效率的提高，使得工程實(shí)際落后于基礎(chǔ)理論研究。因此，采用先進(jìn)的參數(shù)檢測技術(shù)與現(xiàn)代分析方法從氣固兩相流動

2、過程著手，深入研究其流動特性以及系統(tǒng)非線性特征是有必要的，具有完善多相流基礎(chǔ)理論的理論價(jià)值以及指導(dǎo)工業(yè)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)優(yōu)化、放大的工程意義。
　　本文在自行搭建的循環(huán)床提升管實(shí)驗(yàn)臺上，采集了氣固兩相流動過程壓力（壓差）信號、流動型態(tài)圖像樣本。結(jié)合壓差法、數(shù)字圖像處理技術(shù)、多源信息融合理論、分形理論、混沌理論以及遞歸分析方法主要對提升管內(nèi)軸向方向壓力梯度及顆粒濃度分布進(jìn)行了研究；對局部區(qū)域顆粒運(yùn)動行為、分布結(jié)構(gòu)及濃度進(jìn)行了檢測；對多源信息

3、的分形特征進(jìn)行了分析和聯(lián)系；就不同團(tuán)聚結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)混沌特征的影響機(jī)制進(jìn)行了討論。
　　首先，采集了提升管不同高度位置間的壓差信號，研究了管內(nèi)軸向方向壓力梯度和顆粒濃度分布情況。發(fā)現(xiàn)隨軸向高度的提升，管內(nèi)壓力梯度和顆粒濃度均逐漸減小。保持顆粒循環(huán)流量一定，增加操作氣速，可以減小提升管內(nèi)軸向壓力梯度和顆粒濃度分布不均的趨勢，同時(shí)可以減小流動過程消耗的總壓降。
　　其次，利用高速攝像機(jī)拍攝提升管底部局部區(qū)域氣固兩相流動過程圖像，分析

4、了在不同流態(tài)化狀態(tài)下該區(qū)域內(nèi)顆粒的運(yùn)動行為和分布形式。在節(jié)涌床和湍動床階段，顆粒分別呈現(xiàn)柱塞式流動結(jié)構(gòu)和順時(shí)針內(nèi)循環(huán)流動結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，基于圖像法實(shí)現(xiàn)了對稀相輸送過程局部顆粒濃度的檢測。整合了流動過程中壓差信號與流動圖像兩部分信息，基于分形理論，從多尺度分析的角度研究了各尺度信號所對應(yīng)的物理意義，并將兩種信息的分形特征聯(lián)系到了一起。
　　最后，人工制造石英砂團(tuán)聚物。采用遞歸分析的方法研究了在節(jié)涌床和湍動床兩種流化狀態(tài)下，系統(tǒng)混沌