本發(fā)明涉及一種以噴動(dòng)流化床為理論基礎(chǔ)，能夠進(jìn)行干顆粒系統(tǒng)和濕顆粒系統(tǒng)中顆?；旌系碾p噴口噴動(dòng)流化床。

背景技術(shù)：

噴動(dòng)流化床技術(shù)是流態(tài)化技術(shù)的一個(gè)分支，與其他氣化床相比，它具有床內(nèi)流型簡(jiǎn)單、流動(dòng)更加有規(guī)律、操作壓降低、氣固接觸效率更高等特點(diǎn)。但是噴動(dòng)流化床也具有一些局限性：傳統(tǒng)的噴動(dòng)流化床在操作過(guò)程中易出現(xiàn)分層和節(jié)涌，不利于流體和顆粒之間的傳熱傳質(zhì)；易出現(xiàn)環(huán)隙區(qū)底部死區(qū)和易粘結(jié)顆粒在環(huán)隙區(qū)的團(tuán)聚，影響顆粒混合和氣固傳熱以及正常的操作運(yùn)行；較低的顆粒循環(huán)速率、較小的噴動(dòng)范圍使得物料在床內(nèi)需要較長(zhǎng)停留時(shí)間，影響了干燥的傳熱傳質(zhì)效率；氣流量決定于噴動(dòng)要求而不是傳熱、傳質(zhì)要求；最大壓力降遠(yuǎn)大于噴動(dòng)壓力降；噴動(dòng)流化床幾何尺寸受限制，難以實(shí)現(xiàn)大型化。因此，雙噴口噴動(dòng)流化床可以較好的改善其單噴口噴動(dòng)流化床存在的缺點(diǎn)，但是目前對(duì)于雙噴口噴動(dòng)流化床的研究和設(shè)計(jì)多局限于干顆粒系統(tǒng)。濕顆粒在噴動(dòng)流化床內(nèi)的流動(dòng)、傳熱和傳質(zhì)性質(zhì)有待進(jìn)一步研究。

早在1960年代，人們已經(jīng)在工業(yè)應(yīng)用中提出了濕顆粒的流化問(wèn)題。由于尺度效應(yīng)，液橋力在毫米和微米尺度范圍內(nèi)相對(duì)于慣性力來(lái)說(shuō)不可忽略，這導(dǎo)致了濕顆粒系統(tǒng)的流體動(dòng)力學(xué)行為與運(yùn)動(dòng)特性和干顆粒系統(tǒng)的差別很大，出現(xiàn)顆粒的流態(tài)化變?nèi)跎踔潦В窗l(fā)生“去流態(tài)化現(xiàn)象”：大量的濕顆粒形成穩(wěn)固的聚團(tuán)或結(jié)塊、床內(nèi)氣泡尺寸減小而顆粒流化所需的操作氣體量增加，甚至在流化床中形成固定的氣體通道的氣體短路現(xiàn)象）。這種“去流態(tài)化現(xiàn)象”將對(duì)濕顆粒系統(tǒng)的混合、分離和傳熱傳質(zhì)等流體動(dòng)力學(xué)過(guò)程產(chǎn)生很大的影響，從而影響流化床的設(shè)計(jì)和運(yùn)行。

目前對(duì)于雙噴口噴動(dòng)流化床內(nèi)顆粒流動(dòng)特性的研究多集中于干顆粒系統(tǒng)，對(duì)于濕顆粒的流動(dòng)有待進(jìn)一步的研究。因此，為了實(shí)際生產(chǎn)提供更合理有效的理論依據(jù)，需要提供一種濕顆粒雙噴口噴動(dòng)流化床的實(shí)驗(yàn)裝置，從而更深入了解噴動(dòng)流化床內(nèi)顆粒在不同濕度下的流動(dòng)特性，同時(shí)更有利于促進(jìn)噴動(dòng)流化床結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和改善。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有單噴口噴動(dòng)流化床存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用于干、濕顆?；旌系亩鄧娍趪妱?dòng)流化床，利用多噴口噴動(dòng)流化床的特點(diǎn)，改善現(xiàn)有單口噴動(dòng)流化床的缺點(diǎn)，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)干顆粒和濕顆粒在噴動(dòng)流化床內(nèi)的充分混合，可用于濕顆粒在噴動(dòng)流化床內(nèi)流動(dòng)特性的研究，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種用于干、濕顆?；旌系亩鄧娍趪妱?dòng)流化床，包括透明樹(shù)脂玻璃板、噴動(dòng)流化床、噴動(dòng)氣體入口、流化氣體入口和風(fēng)室，其中：

所述噴動(dòng)流化床的噴口數(shù)量至少為一個(gè)；

所述風(fēng)室位于噴動(dòng)流化床底部，風(fēng)室與噴動(dòng)流化床之間設(shè)置有透明樹(shù)脂玻璃板；

所述風(fēng)室由噴動(dòng)氣體風(fēng)室和流化氣體風(fēng)室構(gòu)成；

所述透明樹(shù)脂玻璃板上設(shè)置有噴動(dòng)氣體入口和流化氣體入口，噴動(dòng)氣體入口與噴動(dòng)氣體風(fēng)室連接，流化氣體入口和流化氣體風(fēng)室連接。

與其他技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）設(shè)計(jì)擋板結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)實(shí)際需求選擇不同噴口數(shù)的噴動(dòng)流化床，設(shè)計(jì)合理，操作方便，多種結(jié)構(gòu)多次利用自由組合。

（2）由于不同氣體入口下面設(shè)計(jì)了風(fēng)室，因此對(duì)于噴動(dòng)氣體和流化氣體可以保證其軸向速度均勻。

（3）通過(guò)目前的研究來(lái)看，多數(shù)的研究單純集中更在于干顆粒流動(dòng)特性的實(shí)驗(yàn)研究上，而實(shí)際過(guò)程中顆粒系統(tǒng)中不可避免的存在一定量的液體，且液體的存在對(duì)顆粒流動(dòng)特性產(chǎn)生重要的影響。為了彌補(bǔ)以上缺點(diǎn)，本實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)設(shè)置了加濕器裝置，根據(jù)不同工況的要求可以在顆粒系統(tǒng)各種添加不同量的液體，因此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)濕顆粒流動(dòng)特性的研究。

（4）目前對(duì)于流化床內(nèi)顆粒流動(dòng)的實(shí)際探測(cè)存在一定的難度，這很不利于顆粒流動(dòng)特性的研究；本發(fā)明選用PIV圖像處理系統(tǒng)，對(duì)顆粒在噴動(dòng)流化床內(nèi)的流動(dòng)情況進(jìn)行等時(shí)間間隔高頻率瞬時(shí)拍攝，最后通過(guò)時(shí)均處理得到顆粒在噴動(dòng)流化床內(nèi)的速度場(chǎng)分布情況。

（5）本發(fā)明設(shè)計(jì)的多噴口噴動(dòng)流化床可以有效減少顆粒流動(dòng)流化死區(qū)，有利于顆粒之間充分進(jìn)行動(dòng)量和能量交換，通過(guò)加濕器可以實(shí)現(xiàn)濕顆粒在噴動(dòng)流化床內(nèi)顆粒的充分混合，同時(shí)還結(jié)合流體測(cè)設(shè)技術(shù)以及相關(guān)圖像后處理系統(tǒng)可以直觀反映顆粒的流動(dòng)特性。

附圖說(shuō)明

圖1為用于干顆粒和濕顆粒混合的多噴口噴動(dòng)流化床的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中：1-擋板，2-多噴口噴動(dòng)流化床，3-噴動(dòng)氣體入口，4-流化氣體入口，5-風(fēng)室；

圖2為三噴口噴動(dòng)流化床的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為組合式噴動(dòng)流化床的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為多噴口噴流化動(dòng)床實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖；

圖5為單噴口噴動(dòng)流化床內(nèi)顆粒初始運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；

圖6為雙噴口噴動(dòng)流化床內(nèi)顆粒初始運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；

圖7為三噴口噴動(dòng)流化床內(nèi)內(nèi)顆粒初始分布情況。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不局限于此，凡是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。

具體實(shí)施方式一：如圖1所示，本實(shí)施方式提供的用于干、濕顆粒混合的多噴口噴動(dòng)流化床由透明樹(shù)脂玻璃板、噴動(dòng)流化床2、噴動(dòng)氣體入口3、流化氣體入口4和風(fēng)室5構(gòu)成，其中：

所述噴動(dòng)流化床2的噴口數(shù)量至少為1個(gè)；

所述風(fēng)室5位于噴動(dòng)流化床2底部，風(fēng)室5與噴動(dòng)流化床2之間設(shè)置有透明樹(shù)脂玻璃板；

所述風(fēng)室5由噴動(dòng)氣體風(fēng)室和流化氣體風(fēng)室構(gòu)成；

所述透明樹(shù)脂玻璃板上設(shè)置有噴動(dòng)氣體入口3和流化氣體入口4，噴動(dòng)氣體入口3與噴動(dòng)氣體風(fēng)室連接，流化氣體入口4和流化氣體風(fēng)室連接，不同氣體入口對(duì)應(yīng)不同的風(fēng)室，方便調(diào)節(jié)不同入口氣速。

如圖2所示，所述噴動(dòng)流化床的噴口數(shù)量至少為兩個(gè)時(shí)，多噴口噴動(dòng)流化床還包括至少一個(gè)擋板1，擋板1位于相鄰噴口之間。

具體實(shí)施方式二：如圖4所示，本實(shí)施方式提供了一種用于多噴口噴動(dòng)流化床內(nèi)濕顆粒流動(dòng)特性研究的實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置由PIV圖像處理系統(tǒng)6、高速攝像機(jī)7、光源8、加濕器9、固定支架10、多噴口噴動(dòng)流化床11、床內(nèi)顆粒（實(shí)驗(yàn)用干顆?；驖耦w粒）12、熱風(fēng)流量計(jì)13、通風(fēng)管道14、渦輪流量計(jì)15、氣體閥門(mén)16和風(fēng)機(jī)17構(gòu)成，其中：

所述多噴口噴動(dòng)流化床11固定在固定支架5上；

所述加濕器9安裝在多噴口噴動(dòng)流化床11頂部；

所述光源8設(shè)置在多噴口噴動(dòng)流化床11的前部；

所述高速攝像機(jī)7位于光源8下方并與PIV圖像處理系統(tǒng)6連接，對(duì)床內(nèi)顆粒12在多噴口噴動(dòng)流化床11內(nèi)的流動(dòng)情況進(jìn)行等時(shí)間間隔高頻率瞬時(shí)拍攝，最后通過(guò)時(shí)均處理得到床內(nèi)顆粒12在多噴口噴動(dòng)流化床11內(nèi)的速度場(chǎng)分布情況；

所述渦輪流量計(jì)10安裝在多噴口噴動(dòng)流化床風(fēng)室入口的位置；

所述風(fēng)機(jī)17通過(guò)通風(fēng)管道14與多噴口噴動(dòng)流化床的風(fēng)室連接；

所述通風(fēng)管道14上安裝有熱風(fēng)流量計(jì)13和氣體閥門(mén)15，其中：渦輪流量計(jì)靠近鼓泡流化床風(fēng)室入口。

上述多噴口噴動(dòng)流化床用于顆粒流動(dòng)特性研究的工作過(guò)程如下：

不同氣體入口對(duì)應(yīng)不同的風(fēng)室，氣體在風(fēng)室內(nèi)均勻布風(fēng)：噴動(dòng)氣體和流化氣體從噴動(dòng)流化床底部對(duì)應(yīng)氣體入口進(jìn)入，干顆?；蚧旌虾玫牟煌蓾穸鹊臐耦w粒在開(kāi)始均勻填充在噴動(dòng)流化床底部；多噴口噴動(dòng)流化床可以視為是由若干個(gè)完全相同的單噴口噴動(dòng)流化床構(gòu)成的，并通過(guò)擋板連接起來(lái)，通過(guò)安裝和拆卸不同位置的擋板，可以根據(jù)實(shí)際需求構(gòu)成所需要的不同噴口數(shù)量的噴動(dòng)流化床（例如可以拆卸為單噴口、雙噴口和三噴口噴動(dòng)床，以三噴口噴動(dòng)流化床為例，通過(guò)插入擋板形成3個(gè)獨(dú)立的單噴口噴動(dòng)流化床（圖2），在單噴口的基礎(chǔ)上拆卸擋板成為三噴口噴動(dòng)流化床（圖1），或通過(guò)插入擋板形成1個(gè)獨(dú)立的單噴口噴動(dòng)流化床和1個(gè)雙噴口噴動(dòng)流化床（圖3））；打開(kāi)風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)流化氣體流量，將不同流量的氣體通過(guò)不同風(fēng)室送入對(duì)應(yīng)的氣體入口，在噴動(dòng)和流化氣體的作用下，噴動(dòng)流化床內(nèi)的顆粒開(kāi)始流化，在噴動(dòng)流化過(guò)程中，可以根據(jù)實(shí)際需求添加不同量的液體，形成不同相對(duì)液體量的濕顆粒系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)噴床內(nèi)顆粒的充分混合；在顆粒流化運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，可以采用高速攝像機(jī)拍攝顆粒在噴動(dòng)流化床內(nèi)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，并通過(guò)相關(guān)的后處理軟件得到顆粒的運(yùn)動(dòng)特性。

具體實(shí)施方式三：準(zhǔn)備24000個(gè)直徑為3mm的玻璃珠，將玻璃珠均勻填充在單噴口噴動(dòng)流化床底部，同時(shí)調(diào)節(jié)光源，使攝像機(jī)內(nèi)拍攝到的畫(huà)面足夠清晰以便保證后期圖像處理的準(zhǔn)確性；打開(kāi)風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)氣體流量，同時(shí)觀察渦輪流量計(jì)的示數(shù)，當(dāng)示數(shù)穩(wěn)定之后等時(shí)間間隔讀取氣體流量，噴動(dòng)氣速43.5m/s，流化氣速2.4m/s，多次讀取之后取平均值；在流化過(guò)程中保證流化床內(nèi)為干燥狀態(tài)，當(dāng)流動(dòng)穩(wěn)定且拍攝了足夠長(zhǎng)的時(shí)間之后，先關(guān)閉風(fēng)機(jī)，當(dāng)顆粒完全靜止之后，關(guān)閉高速攝像機(jī)；將拍攝結(jié)果導(dǎo)入后處理電腦中，得到顆粒的速度分布等結(jié)果。顆粒在噴動(dòng)流化床內(nèi)初始階段運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如圖5所示。

具體實(shí)施方式四：準(zhǔn)備48000個(gè)直徑為3mm的玻璃珠，按顆粒總體積以及所需液體量1.0%計(jì)算好所需硅油的體積，并顆粒硅油混合均勻；將混合好的顆粒均勻填充在雙噴口噴動(dòng)流化床（圖4）底部，同時(shí)調(diào)節(jié)光源，使攝像機(jī)內(nèi)拍攝到的畫(huà)面足夠清晰以便保證后期圖像處理的準(zhǔn)確性；打開(kāi)風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)氣體流量，同時(shí)觀察渦輪流量計(jì)的示數(shù)，當(dāng)示數(shù)穩(wěn)定之后等時(shí)間間隔讀取氣體流量，噴動(dòng)氣速43.5m/s，流化氣速2.4m/s，多次讀取之后取平均值；在流化過(guò)程中通過(guò)加濕器保證流化床內(nèi)硅油的體積分?jǐn)?shù)不變，當(dāng)流動(dòng)穩(wěn)定且拍攝了足夠長(zhǎng)的時(shí)間之后，先關(guān)閉風(fēng)機(jī)，當(dāng)顆粒完全靜止之后，關(guān)閉高速攝像機(jī)；將拍攝結(jié)果導(dǎo)入后處理電腦中，得到顆粒的速度分布等結(jié)果。顆粒在噴動(dòng)流化床內(nèi)初始階段運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如圖6所示。

具體實(shí)施方式五：準(zhǔn)備108000個(gè)直徑為3mm的玻璃珠，按顆?？傮w積以及所需液體量1.0%計(jì)算好所需硅油的體積，并顆粒硅油混合均勻；將混合好的顆粒均勻填充在三噴口噴動(dòng)流化床底部，同時(shí)調(diào)節(jié)光源，使攝像機(jī)內(nèi)拍攝到的畫(huà)面足夠清晰以便保證后期圖像處理的準(zhǔn)確性；打開(kāi)風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)氣體流量，同時(shí)觀察渦輪流量計(jì)的示數(shù)，當(dāng)示數(shù)穩(wěn)定之后等時(shí)間間隔讀取氣體流量，噴動(dòng)氣速43.5m/s，流化氣速2.4m/s，多次讀取之后取平均值；在流化過(guò)程中保證流化床內(nèi)為干燥狀態(tài)，當(dāng)流動(dòng)穩(wěn)定且拍攝了足夠長(zhǎng)的時(shí)間之后，先關(guān)閉風(fēng)機(jī)，當(dāng)顆粒完全靜止之后，關(guān)閉高速攝像機(jī)；將拍攝結(jié)果導(dǎo)入后處理電腦中，得到顆粒的速度分布等結(jié)果。顆粒在噴動(dòng)流化床內(nèi)初始階段運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如圖7所示。