循環(huán)流化床稀相區(qū)湍流結(jié)構(gòu)研究

本項目擬研究循環(huán)流化床稀相區(qū)的湍流結(jié)構(gòu)，以三維粒子動態(tài)分析儀為實驗手段，重點測量壁面、角落、出口區(qū)等的速度、湍流脈動以及濃度等參數(shù)，著重考察相間和各相的湍流脈動關(guān)聯(lián)規(guī)律。以實驗為依據(jù)，建立適合描述具有多尺度特征結(jié)構(gòu)氣固兩相流的多流體模型。其意義在于揭示循環(huán)流化床特有的有氣固兩相復雜流動結(jié)構(gòu)的本質(zhì)和促進污染控制、傳熱等深入研究。.

不同湍流狀態(tài)，湍動強度數(shù)值有很大差異。例如，流體在圓管中流動時，湍動強度的數(shù)值范圍為1一10%，而對于尾流、自由噴射流這樣的高湍動流動，湍動強度的數(shù)值可達40% 。

對普通型旋風除塵器，湍流度在排氣管以下的主分離空間內(nèi)，呈較好的軸對稱性。湍流度在外旋流區(qū)沿徑向分布基本均勻，平均在4%~10%之間，而在內(nèi)旋流區(qū)沿徑向向內(nèi)逐漸加大，中心部位可達30%以上，這時相當于脈動速度可達3~5m/s，與短路流區(qū)的時均徑向速度相當，加劇了細顆粒湍流擴散，對分離不利，同時內(nèi)旋流較高的湍流度意味著能量耗散也大。

在湍流度方面，姬忠禮等利用熱線風速儀的測量表明，在外旋流區(qū)及上部環(huán)形空間內(nèi)，湍流度與湍流脈動速度均方根值較小，并且沿徑向只有微小變化，湍流度約為2~5%。而在內(nèi)旋流區(qū)，尤其在排氣管末端和排灰口附近，脈動速度和湍流度相當大，湍流度可高達30%，脈動速度均方根值可達6~9m/s。在這些部位，脈動速度與徑向速度相近，流場極不穩(wěn)定。

石油大學時銘顯院士對蝸殼式旋風分離器內(nèi)的湍流度進行了研究，結(jié)果表明:在分離器的分離空間的筒段，湍流度變化相對平穩(wěn)，基本不隨軸向高度而變化，而且被內(nèi)外旋流的交界面分為兩區(qū)，外區(qū)與r/R無關(guān)，基本是一定值，約為9%左右；內(nèi)區(qū)的湍流強度則隨r/R的減小逐漸增大，到中心軸線附近達到最大，軸向湍流度約為27%左右，切向湍流度約在27%~40%之間，在外區(qū)邊壁處的切向湍流度陡升，說明濃集在邊壁的顆粒很容易被二次揚起，影響了分離效率。在排塵口返混段，兩個分量的湍流度沿軸向都逐漸變?yōu)椴环謨?nèi)外區(qū)，均隨r/R的減小而增大，切向湍流度沿軸向逐漸增大，從外向內(nèi)陡升，比上段的值大得多。在排塵口附近，由于返混較嚴重，湍流度特別大。在蝸殼入口和排氣管所形成的上部環(huán)形空間，湍流度隨軸向的變化不大，兩端近壁處都上升，中間隨r/R的增大而有所上升，環(huán)形空間的軸向湍流度在數(shù)值上與分離空間外旋流的軸向湍流度數(shù)值相當，兩側(cè)近壁處軸向湍流度較大。切向湍流度幾乎與軸向高度無關(guān)，而且沿軸向分布較平坦，但在靠近器壁和排氣管邊壁處急劇增大，與軸向湍流度類似。切向湍流度沿軸向變化較大，呈非軸對稱性，在環(huán)形空間中下部，切向湍流度沿軸向高度不化不大。