在气固流态化不断发展的过程中,为了满足不同的工艺需求,逐渐出现了一些具有特色的气固流化床反应器,如持液气固流化床反应器。液相的加入增加了结构的不均匀性、流域的多态性及流体动力学的复杂性,也增加了气液固的相间接触,使其具有高效的传质传热特性。但由于液体的加入,颗粒间液桥作用力生成,致使颗粒具有一定的黏性而在流化过程中易聚集成团,使得流化特性发生改变,甚至造成流化失稳的现象,故研究持液气固流化床中流化特性对工业生产过程具有十分重要的意义。本文围绕持液气固流化床中液体含量对流化特性影响的实验研究、液体性质对流化特性影响的CFD-DEM模拟研究以及流化气体温度对流化及传热特性影响的初步研究开展,以期对实际工业生产过程中持液气固流化床的调控以及应用提供理论指导。1.以拟二维流化床作为实验装置,采用摄像技术以及声发射检测技术,研究不同流化气速下干颗粒的流化特性以及不同液体含量下持液颗粒的流化特性。对于持液颗粒,随着液体含量的增加,气泡从规整的圆形向狭长的形状转变,且出现气体沟流的现象;持液颗粒的声能量随液体含量增加的轴径向分布中,声能量在大多数区域呈现减小的趋势,尤其在床层较低处,可以得到液体含量的增加减弱了颗粒间碰撞频率。和干颗粒随流化气速变化的声能量分布相比,持液颗粒的声能量随液体含量的变化更为复杂多变,故液体的增加使得流化特性更复杂。2.为了更深入具体分析持液气固流化床流化特性,采用CFD-DEM(CFD,Computational Fluid Dynamics计算流体力学;DEM,Discrete Element Method离散单元法)模拟方法,研究液体性质对流化特性的影响。通过流化过程、床层膨胀比、颗粒浓度、颗粒速度等参数的对比,得到液体表面张力对流化特性的影响更为显著。对于持液颗粒的聚团:当液体含量较小时,在表面张力较大时才会有颗粒聚团生成;当湿含量较大时,即使在表面张力较小时也会有明显的颗粒聚团生成,且随着表面张力的增加,颗粒聚团越难破碎,颗粒聚团的尺寸增加。液体含量和表面张力增加,由颗粒速度分布得到的颗粒滞留高升高,滞留区域的面积增加,颗粒的循环能力降低,且由表面张力增加引起的滞留高度增加更为明显。在整个床层区域,喷动区、环形区、喷涌区的面积随着液体含量的增加而减小,呈现较好地规律性,而在表面张力影响下的分布更为复杂多变。故得到液体表面张力对流化特性的影响更大。3.由于实际生产过程往往在高温的环境中进行,故在采用CFD-DEM模拟研究液体含量对流化特性影响的基础上,加入流化气体温度的变化,初步研究流化气体温度对流化及传热特性的影响。在不同流化气体温度下,持液颗粒的流化过程相似,但随着流化气体温度的升高,颗粒间聚团现象越加明显,且颗粒聚团的尺寸增加。流化气体温度对不同液体含量下的颗粒浓度分布的影响不同,主要表现在初始床层表面处和床层较高区域。流化气体温度的升高会降低颗粒的速度,尤其在床层较高的区域。颗粒的温度、颗粒雷诺数Rep、颗粒努赛尔准数Nup在中间气体入口喷动区和两边非流化区呈现较大值,传热效果好。但由于模型的假设,和实际过程还是存在差异,具体不同流化气体温度下液体作用的传热特性还需要进一步研究。