基于图像法的流化床内颗粒测试系统及管式流化床内颗粒混合研究

【摘要】：本文的主要研究工作是采用面阵CCD摄像机为手段，开发基于图像技术的流化床研究相关测试技术，实现对流化床内颗粒速度场的测量，并在此基础上开发基于图像法的颗粒示踪技术，用于研究流化床内颗粒行为，气泡形成的机理，气泡对颗粒混合的作用以及流化床内颗粒停留时间分布的研究。 依据图像法测速技术的原理，对该方法在气固流化床内颗粒速度测量的可行性进行了分析，提出了图像法测速技术应用于流化床内颗粒速度测量时的参数选择方法。开发的流化床内颗粒速度场测量系统应用于流化床内颗粒的速度测量，实验表明，这种测速法的相对误差在5％以下，具有较高的精度。利用上述测试手段，对管式布风流化床内颗粒的速度分布及特点进行了研究。对流化风量、料层厚度以及布风方式对管式流化床内颗粒速度分布的影响进行了分析。对管式布风流化床内颗粒的内循环特性进行了研究，发现当布风管间距与布风管外径比为2.9左右时，床内颗粒具有最佳的混合效果。利用数值计算方法研究了气泡形成过程中颗粒的速度分布，并与试验结果相比较，结果吻合较好。 依据图像的互相关技术，提出了基于图像法的颗粒示踪技术。该技术不但可以起到与传统示踪技术相同的功能，而且还在实验的精度，结果的可重复性以及实验的重用性等方面均有重大改进。利用该技术研究了气泡尾涡的形成机理，发现尾涡由气泡上方的颗粒下落而成，研究发现气泡爆破后床面颗粒来源于气泡爆破前呈“Y”分布的颗粒规律。 本文提出了颗粒分层停留时间分布的实验方法，并用该法对管式流化床内颗粒在床内的混合行为进行了研究。对流化风量、料层厚度、布风方式等因素对管式流化床内颗粒的混合进行了系统的研究。结果表明，当布风管间距与布风管外径比为3.2时，管式布风流化床比板式布风具有更好的混合效果。 本文最后利用基于图像法的全场测速技术，对循环流化床内气泡行为以及颗粒团聚行为(cluster)进行了研究。重点研究了气泡在流型转换过程中的作用以及循环流化床内颗粒团聚形态及其影响因素。