[机械自动化论文]低料位操作下气固挡板流化床的压力脉动特性

2024年6月521:46:40发布者:视频作业论文全搞定 14 views 举报
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毕业设计(论文)中文摘要

低料位操作下气固挡板流化床的压力脉动特性

摘要

基于当前的这一套机玻璃流化床冷模实验装置,还是应该要将 CRP-1 催化裂解

催化剂颗粒直接幻化成为内部固体介质,并将常温空气作为一项流化介质,通过

对气速的不断调节,初始装料高度(H )为 450 mm 的操作条件下,内构件安装

在静床高度上方的操作模式,分析床层内的压力脉动特性。结果表明:单构件床

内平均压力随表观气速的增大将出现三个阶段: 0.04 ≤U g ≤ 0.48 m/s ,平均

压力随表观气速的增大缓慢增大; 0.48 ≤U g ≤ 0.83 m/s ,平均压力随之快速

增大; 0.83 ≤U g ≤ 1.14 m/s ,平均压力随之几乎不变。伴随着轴向高度的不

断增大,压力也会呈现出逐渐下降的情况。伴随着床层高度的逐步升高,压力脉

动标准也会急剧下降。特别是在床层底端,床层升高之后,床层的中部压力脉动

标准偏差随床层高度变化不大,0.6 m 的床层在不断增高的这一过程当中,压力

脉动标准偏差比值也会呈现出先增大后减小的这一情况。 当气速在 0.04

m/s U g 0.44 m/s 范围内时单构件流化床中的气固两相处于湍动流态化阶

段。当 0.44 m/s U g 0.83 m/s 时,流化床内气固两相处于鼓泡-节涌过渡流

态化,压力脉动功率谱密度曲线表现为单主频,并且主频密度值远大于其他频率

所对应的密度值。当单构件床中气固两相处于鼓泡流态化阶段( U g ≥0.83

m/s )时,主频功率与相邻频率的功率差别较鼓泡-节涌过渡流态化而言较小。

关键词 :气固两相流;流动特性;压力脉动;功率谱

毕业设计(论文)外文摘要

Title Pressure pulsation characteristics of gas-solid

baffle fluidized bed under low level operation

Abstract

Based on the present series of mechanical fluidized bed cold model

experimental apparatus, it is still necessary to convert the crp-1

catalytic cracking catalyst directly into the internal solid medium

and use ambient air as a fluidizing medium for passing the gas

velocity. The internal components are installed in the operating mode

above the bed height in order to analyze the pressure pulsation

characteristics within the bed by continuously adjusting under the

initial load height (H) 450 mm operating conditions. The results show

that the mean pressure in the single component layer increases with

increasing surface gas velocity in three steps: the average pressure

increases slowly with increasing surface gas velocity; the mean

pressure increases rapidly. It is almost unchanged. As the axial

height increases, the pressure gradually decreases. As the height of

the bed increases gradually, the pressure pulsation criterion also

decreases sharply. In particular, the standard deviation of pressure

pulsation at the bottom of the bed shows the standard deviation of the

pressure pulsation at the center of the bed, when the standard

deviation of the pressure pulsation increases first and then decreases

in the process of increasing the height of the 0.6 m bed, which is

hardly changed by the height of the bed. When the gas velocity is in

the range of 0.04M/s≦Ug≦0.44M/s, gas-solid two-phase flow in a

single component fluidized bed is at the stage of Turbulent

Fluidization. In the case of 0.44m/s≦Ug≦0.83M/s, the gas-solid phase

in the fluidized bed is in bubbling bottle transition fluidization,

and the pressure ripple power spectral density curve appears as a

single dominant frequency and is much larger than the density value

corresponding to the other frequency density value. When gas-solid

two-phase in a single component bed is at bubbling fluidization stage

(Ug≧0.83M/s), the power difference between the main frequency power

and the adjacent frequency is smaller than that of bubbling bottle

transition fluidization.

Key words: gas-solid two-phase flow; flow characteristics; pressure

pulsation;power spectral densities (PSD)

目 录

1 绪论................................................................- 1 -

1.1 研究背景......................................................- 1 -

1.2 压力脉动特性的研究............................................- 2 -

1.3 本课题研究的目的及意义........................................- 4 -

2 实验部分............................................................- 4 -

2.1 实验装置及流程................................................- 4 -

2.2 实验介质及操作条件............................................- 6 -

2.3 实验装置中测 ............................................- 6 -

3 实验结果与 论......................................................- 7 -

3.1 压力脉动 信号 的标准偏差分析.....................................- 7 -

3.2 单构件床内流动过程及其变化 规律 .................................- 8 -

3.3 单构件床不 轴向 置的压力分 .................................- 9 -

3.4 单构件床不 轴向 置的压力脉动标准偏差特 ....................- 10 -

3.5 床层不 轴向 置的压力脉动标准偏差与压力比分 ............- 11 -

3.6 单构件床 h = 0.45 m 处压力脉动功率谱密度分析.....................- 12 -

结论.................................................................- 18 -

参考 .............................................................- 1 9 -

致谢 .................................................................- 21 -

1 绪论

1.1 研究背景

在当前的 石油、轻工等诸多行 业当中,大 的颗粒与 粉尘状 固体 已然被 直接直接当成 催化剂。将

气体与 体这 二者进行 比较,这 些块状 固体在 加工、储存等诸多 面仍然存 大的 端。为 人们必须

清楚 认识到 ,这一 块状 固体 料表现出 了强 大的流体性 ,这也 直接 作为固体流态化这一现

在当前的流化 程当中,一 共包含了五 要的研究 领域 [ 1 ] ,其所 及的 工艺、系统等 范围 广泛 ,所

及的应 范围也变 得极 广泛 。特别是当前的流化床 技术 业方 面已经得到了 的应 ,在现 代工 业当

中也 得了 模的 及,温 克勒 在 1 9 22 的时 就已经 粉煤 气化的气固流化床 运用了起来 ,并 取得了

的成 。在 一时 美国 也还 专门建 起了第 座石油 催化裂化流化床 ,流态化 技术 也在 物理

操作 、矿产资源等 面得到了极 广泛 的应

对于鼓泡床 湍流床这两项 工具 而言,其主要表现出 颗粒 度高 气固接 间长等诸多 ,在

的过程当中, 传热效 率也 速。 是,在当下的鼓泡床 湍流床当中,一 旦细 颗粒在湍流床 已经

直接 流化,床内气泡也会表现出较大的 态, 个气固接 触效 率也会大 度降 。所 应该

采取 将气泡性 散、 减小气泡 尺寸等多种措施来加以 于应 张永民等 专门针 对于 挡板 内构件 进行切

开发 最终证 要在床内安装构件, 那么则可以很好 抑制 气泡的 生长 情况,在这一情况之下,

个床的流化质 也会 得到 度的 升。所 ,在流化床当中直接 加入 一项内构件 是当下要 此外

在安装内构件的时 [ 3 ] ,其下方一 会出现 腔” 这一情况, 料的 置也会出现一 的变化, 底部直

接会 转移到 内件上部,在这 情况之下,上方的床 高度也会 陡然 。在一 的内部构件当中,其主要

含了水 平构件 、垂 直构件 在内的三个部分。在这一项目当中,其一 般都 是直接基于 河北工 业大 学张少峰

始研究, 让塔 内气 能得以 度增 。当处于气 当中 进行 系列 实验,其 已经

直接表明 [ 5 ] ,气 液旋 流与 射孔 流动这 二者 产生极强 的相 时的内部构件的压降也会大

的下降。在这一课题当中,还会 专门 将一套 填加双立 筛板 内构件的流化床冷模实验装置之上 来进行

别化测验, 由此了 鼓泡床与湍动床这 二者 的压差脉动所 在的特性。

1.2 压力脉动特性的研究

实上,在当前的这一压力脉动 信号 当中,其主要 能够 直接将流化床内部气泡特性 、物 料特性 等全

1

反映 。压力脉动 信号 仅可以用 别不 型、判 断流化床内部两相流化质 ,还 可用 于流化床 故障

指示 因此 压力脉动特性分析是研究流化床的 段。在当前的这一鼓泡流化床当中,气泡在 发生运

之后, 时也会 产生极强 的压力 动。气泡主要会 在于流体力 学、 气固 混合等多 个方 之上。

在 20 世纪 50 年代 与 60 年代 的这一时 ,大部分的相 关人员已经正 式在流化床当中 详细 到了 当下

的这一 压力脉 ,究其 原因 ,其实 仍然存 诸多 。在大部分 中,压力脉 与床层高度

在着 极强 关联 ,在这 情况之下,气泡也会直接 床层表 面逸 出,压力脉 也会 由此产生 除此

另外 点则 觉得 ,当气泡 发生 之后,这 必然 引起 的一 系列 流动模式, 个压力脉动也会

到极 大的 影响 [ 6 ] 。前 专门针 对于压力脉 冲信号进行详细 的研究,在压力脉 当中也 没有形 成一 直接化

结情况,这也 无法很好 开展 系列 的气泡 动。床 面附近 的压力脉动与气泡的 动这 二者 间存

大的 关联 ,之所 会出现床 中部的脉动情况,还是 为小气泡 大气泡这 二者被聚 结在一 起引发 力。

V an derschaaf 专门针 对于鼓泡流化床压力 动的实 情况 来做 断,并 地了 高速度 压力

的上升 等乙烯类 情况,一 旦此 时的 传播 速度变小, 那么 气泡也会 陡然 上升。一 而言,压力 保持 着向

值的这一 态, 个流化床压力脉动也表现出 了非 常明 动,其所 及的 信号 能够 直接将流

化床的 各种信息 都传递 将脉动 信号全 都了 清楚 ,并 动流化床这一 能够

。在当前的这一课题当中,主要还是会在流化床当中直接设置一 块立 筛板形 式的 挡板 内构件,

通过这 方式 来让全 床流化质 量得以提 升。

1.2.1 压力 信号 脉动的标准偏差分析

压力脉动标准偏差 是在这一 个流化床内部两相流动的 合指 标,其 可以 将两相 体的流动

态直接 反映 。在这一 的实验当中,其所 的设 、物 等都保持 一的一 性,所 进行

这一 实验的时 ,还是应该 其中所 在的中压力脉动标准情况。

进行 数据 分析的时 ,标准差分析 法则显得 ,其在 会当中 都得到了极 化的 运用

[7 ,8 ]

通过 标准偏差这一 方式 来进行 分析之后, 则可以 意时 态压力

i

P 直接 分阶,

分成为平均值 P 与 动值 P 这两项的

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平均值 P 主要 的是轴向压力值。当 P 的均值为 意一个测 量点 的压力标准偏差 S 也会表现出

2

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在这一方程式当中, N 主要 表的 样数据

在鼓泡流化床当中,压力 动一 般都 气泡 动所 产生 薛军鹏 [9] 对于当前的大颗粒流化床

进行 分析,气泡在不断 动的过程当中,其也会 产生诸多 系列 变化,这会直接 影响 压力 数据 的实 际波

情况。 对于流化床压力 信号低 频分 量进行切 实的分析, 由此可以 直接 断出 时流化床 处于流化

态。 张永民等 [ 10 ] 专门 将床层压力脉动情况 清楚 ,并通过 运用 动态压力 信号 的标准差 直接 个压

力脉动的实 大小。 最终 结果 已经 直接表明 ,当表观气速不断增大,压力脉动 会表现出先增大后减

小的 态。压力脉动的 是这个床泡 流化与湍流流化的 由此可 ,流化床压力脉动与气

泡特性这 二者 呈现出 了极 密的 联系 ,床层的平均气泡直 也在大 度的减小。

1.2.2 功率谱分析

进行 分析的时 ,功率谱分析 是一 使 较为 的方式。其所 基本 原理具 下:

函数 描述某 一时 刻数据 一时 刻数据 二者 在的 关系 体情况 下:

φ xx ( t ) = min

T →∞

1

T

T

2

T

2

x ( t ) x ( t + τ ) d τ

函数 发生 变化之后, 体情况 下:

P ( ω ) =

+

φ xx ( t ) e

i ω t dt

由此可 ,功率谱密度 函数 发生切 实的变化之后, 能够清楚 的直 到能量 在频 的实 情况,

在对功率谱 图像 进行进 一步分析之后,流化床的一 能够 直接 。对于功率谱而言,其

要的一项特 征就 在一个 (主频),其所 能量最 大,相对应的频率 高度 等多 也会

生息息 联系 ,在这 情况之下,流化床的操作 况也 能够被 直接 反映 。在测 功率谱的这一过程

当中,还应该对于流动 以定 性与 定量判 断, 这一流 [ 11 ] 由此可 ,功率谱密度

函数 压力时 也会直接 刘宝勇 [ 12 ] 布板 这一情况之下,轴向高度的 时压力

信号 的功率也会大大增 解其中的一个 幅最 (主频),并直接 固体颗粒 循环

率变化 操作气速变化 等诸多 情况。在气固两相流这一 领域 当中,Svoboda [ 13 ] 专门针 对于流化床中气速

颗粒直 等多 个方 的对应 关系了 清楚 学者 刘燕 [ 14 ] 将功率谱 Hurst 对大颗粒三相流化床压力脉动

分析 大颗粒 循环 流化床压力实 际波 信号

3

基于上 的实 情况 ,在 进行 循环 流化床的流体动力 研究的时 ,还是应该对于 体的装置 类型

进行 ,特别是要 清楚 下流化床的流动特性。流化床的压力脉动 能够 将流体在床内的 时流动

态直接 反映 体的流动 规律 ,压力脉动 信号 身就具 的随机性,其在 释放 压力脉动

的时 必然 会表现出这一特性。

1.3 本课题研究的目的及意义

对于 的实 研究情况 ,前 已经证 ,在床层内部 可以 直接安装一个构件,通过这

方式, 床流化质 能够得以提 升。在这一 的实验研究过程当中,在床层内 一个

筛板 内构件, 则能够 直观的 其的压力(压差)脉动特性,并对其 度的分析。 对于不

的实验条件 来进行 比较, 床层压力脉动实 标准偏差值, 正了 床的压差脉动特性的

详细信息 ,这一 思想 也会 进行到位

2 实验部分

2.1 实验装置及流程

个实验装置 体的流程 1:在这一装置主体当中,其主要 小直 的床层段

筛板 式气固 挡板等多 个部分,在 解其中 在的 筛板 式气固 挡板 当中,并 选择

明的 机玻璃。在 选择 床层段的时 尺寸则 示了 Φ 9 0 mm × 3350 mm, 降段 尺寸 到了 Φ 280

mm × 2200 mm / Φ 380 mm × 9 00 mm, 扩径 段的高度直接 高, 到了 200 mm 100 mm;在床层底

部分 布器 之上 个直 为 5 mm 的小 体的 开孔 已经 到了 2. 7 8 % 。在当前的这一

式气固 挡板 当中,其主要 包含了 、外 等多 个部分,并通过 S L A 光敏树脂 3D 打印 这一 方式 来制 成。

壁厚 二者 到了 100 mm 5 mm,相应的,内 壁厚 分别为 20 mm 与 3 mm,

度一 为 1 mm, 到了 9 0 ° ,在 块板 要均 设 34 个小 一个直 径需 保持

在 5 mm。内 和外 筒需 要直接 一轴线之上,并将其直接固 在内 、外 上,三 高度 已经

到了 50 mm。气体 机当中直接通过 来进行 ,颗粒在床层内流化之后,床 也会 弹溅

的颗粒大, 除尘器 也应该要 化后直接 空。

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