循环流化床稀相区湍流结构研究

本项目拟研究循环流化床稀相区的湍流结构，以三维粒子动态分析仪为实验手段，重点测量壁面、角落、出口区等的速度、湍流脉动以及浓度等参数，着重考察相间和各相的湍流脉动关联规律。以实验为依据，建立适合描述具有多尺度特征结构气固两相流的多流体模型。其意义在于揭示循环流化床特有的有气固两相复杂流动结构的本质和促进污染控制、传热等深入研究。.

不同湍流状态，湍动强度数值有很大差异。例如，流体在圆管中流动时，湍动强度的数值范围为1一10%，而对于尾流、自由喷射流这样的高湍动流动，湍动强度的数值可达40% 。

对普通型旋风除尘器，湍流度在排气管以下的主分离空间内，呈较好的轴对称性。湍流度在外旋流区沿径向分布基本均匀，平均在4%~10%之间，而在内旋流区沿径向向内逐渐加大，中心部位可达30%以上，这时相当于脉动速度可达3~5m/s，与短路流区的时均径向速度相当，加剧了细颗粒湍流扩散，对分离不利，同时内旋流较高的湍流度意味着能量耗散也大。

在湍流度方面，姬忠礼等利用热线风速仪的测量表明，在外旋流区及上部环形空间内，湍流度与湍流脉动速度均方根值较小，并且沿径向只有微小变化，湍流度约为2~5%。而在内旋流区，尤其在排气管末端和排灰口附近，脉动速度和湍流度相当大，湍流度可高达30%，脉动速度均方根值可达6~9m/s。在这些部位，脉动速度与径向速度相近，流场极不稳定。

石油大学时铭显院士对蜗壳式旋风分离器内的湍流度进行了研究，结果表明:在分离器的分离空间的筒段，湍流度变化相对平稳，基本不随轴向高度而变化，而且被内外旋流的交界面分为两区，外区与r/R无关，基本是一定值，约为9%左右；内区的湍流强度则随r/R的减小逐渐增大，到中心轴线附近达到最大，轴向湍流度约为27%左右，切向湍流度约在27%~40%之间，在外区边壁处的切向湍流度陡升，说明浓集在边壁的颗粒很容易被二次扬起，影响了分离效率。在排尘口返混段，两个分量的湍流度沿轴向都逐渐变为不分内外区，均随r/R的减小而增大，切向湍流度沿轴向逐渐增大，从外向内陡升，比上段的值大得多。在排尘口附近，由于返混较严重，湍流度特别大。在蜗壳入口和排气管所形成的上部环形空间，湍流度随轴向的变化不大，两端近壁处都上升，中间随r/R的增大而有所上升，环形空间的轴向湍流度在数值上与分离空间外旋流的轴向湍流度数值相当，两侧近壁处轴向湍流度较大。切向湍流度几乎与轴向高度无关，而且沿轴向分布较平坦，但在靠近器壁和排气管边壁处急剧增大，与轴向湍流度类似。切向湍流度沿轴向变化较大，呈非轴对称性，在环形空间中下部，切向湍流度沿轴向高度不化不大。