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《天津大学》 2005年
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磁稳定床传质、传热特性实验研究与流动状况数值模拟

李晓芳  
【摘要】:兼具流化床与固定床特点的磁稳定床反应器,具有重要的工业应用价值,目前该类反应器的设计与放大缺乏必要的基础数据,因此对磁稳定床的气液传质、液固传质、液固传热及局部流动特性进行了研究。 实验研究了气液并流/逆流三相磁稳定床的气液传质特性,获得了操作条件和物性参数对气液传质的影响规律:在外加磁场的作用下,气液并流/逆流三相磁稳定床与普通三相流化床相比,磁稳定床的气液体积传质系数较大; 气液传质系数kL a随磁场强度、表观气速、表观液速、颗粒直径的增加而增加,其中随表观气速的增加近似线性; 在较低的液相粘度范围内,液相粘度的增加有利于气液传质的进行; 获得了气液并流、逆流三相磁稳定床中气液传质系数的回归关联式,回归值与实验值吻合较好。 采用电化学方法测定了气液逆流三相磁稳定床液固传质系数,其变化规律为:与普通逆流三相流化床相比,气液逆流三相磁稳定床中的液固传质系数Ks较大; 液固传质系数Ks随磁场强度、表观液速、表观气速的增加而增大; 液体粘度及液体表面张力的增加均使液固传质系数减少; 局部液固传质系数Ks基本上保持为常数,在轴向分布均匀,在径向上除了靠近壁面附近较大外,其它位置分布均匀; 回归得到了液固传质系数的关联式,该关联式在实验操作范围内能较好地预测液固传质系数的大小。 采用电加热金属薄膜式表面测温法试验研究了液固磁稳定床、气液并流/逆流三相磁稳定床的液固传热特性,研究结果显示出:与普通流化床相比,在同样的操作条件下磁稳定床中的液固传热系数较小,并且磁稳定床中的液固传热系数均随着表观液速的增加而增加,随磁场强度、液相粘度的增加而减小,液固传热系数在径向上分布均匀; 在气液并流/逆流三相磁稳定床中,液固传热系数均随表观气速的增加和表面张力的减小而增加; 建立了三种床中的液固传热系数的关联式。 利用Eulerian-Eulerian模型结合颗粒动力学理论对液固/气固磁稳定床的流动特性进行了数值模拟,模拟结果与实验吻合较好,膨胀高度比模拟值与实验值的平均偏差为2.21%,固含率的平均偏差为1.44%。利用该模型可以获得流动结构的演变规律,可有效进行工业反应器的设计。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TQ019

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