课题基金 / 基金详情

持液气固流化床中粘性颗粒流化的跨尺度关联及流型转变研究

批准号:
22078278
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
周业丰
依托单位:
学科分类:
反应工程
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
周业丰

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
持液粘性颗粒流化体系在烯烃聚合、催化裂化、干燥造粒等化工过程中应用广泛,但液体加入易诱发聚团结块和流化失稳等故障,因此亟需研究微观参数及作用与宏观行为特性间跨尺度机制及其中的介尺度结构及效应。项目采用AFM等精密仪器结合FFT分析表征手段,获取颗粒表面粗糙度/表界面物性等微观参数,考察上述参数对颗粒间液桥作用力的影响规律,建立考虑微观参数影响在内的液桥作用力修正模型,为CFD-DEM耦合模拟中液桥力和接触力模块提供重要的输入参量及模型,开展液桥和流场耦合作用下的持液颗粒流化模拟研究,并采用系统尺寸无关性参数进行验证。基于测量及模拟结果,通过无量纲参数及量化分析获取多层次表征手段,重点关注介尺度聚团及其效应的表征分析,以实现微观液体作用机制和宏观流化特性间的跨尺度关联,进而揭示液桥静态/动态双重效应的作用规律和转变机制,建立持液颗粒流化过程的流型转变判据,为强化粘性颗粒的稳定流化提供新思路。
英文摘要
Liquid-containing gas-solid fluidized bed has been widely applied in various chemical engineering processes, such as FCC, olefin polymerization, drying, granulation and so on. However, liquid addition causes some unstable phenomena such as meso-scale agglomeration and defluidization. Thus, it is so urgent to study meso-scale stucture effects and trans-scale correlation between micro-scale interaction and macro-scale behavior in this field. In this project, the precise AFM/SEM measurement techniques will be used to obtain particle surface roughness and other micro-scale interfacial parameters. By considering the effects of surface roughness and other micro-scale parameters on liquid bridge forces among particles, the modified liquid bridge interaction force model will be proposed. Based on these results, some key input parameters in the liquid bridge force module and contact force module can be provided for CFD-DEM coupling numerical simulation. Therefore, the liquid-containing cohesive particle fluidization with liquid bridge and flow coupling actions will be studied by using the proposed CFD-DEM model, meanwhile the system-size independent validation scheme is also applied in this work. Based on the experimental measurements and simulation results, the link between micro-scale liquid interaction mechanism and macro-scale fluidization behavior/characteristics can be established via multi-level dimensionless parameter analysis. With the help of meso-scale agglomeration analysis, the trans-scale correlation in the liquid-containing cohesive fluidization can be established. All these studies can be used to reveal liquid bridge static/dynamic effects and their transition mechanism, and then to establish regime transition criterion and corresponding regulation means. In summary, this project provides a new research route for trans-scale correlation and multi-scale analysis in the liquid-containing cohesive particles fluidization and will further promote development and advance of the related fluidization engineering technology.
持液粘性颗粒流化体系由于其优异的热质传递特性以及混合能力,广泛应用于烯烃聚合、流化焦化、催化裂化、喷雾造粒等工艺过程中。持液粘性颗粒流化过程中的宏观行为及特性受到颗粒与流体间微观作用的影响和控制,其内在机制非常复杂。反应器内部流动的非均匀特性以及多种时空结构之间的相互作用也导致其内部存在复杂的多尺度联系。本项目以持液气固流化床反应器为研究对象,采用CFD-DEM数值模拟方法对持液粘性颗粒流化体系进行了系统深入的研究。.本项目主要开展了以下三方面工作:首先,鉴于粘性力对持液颗粒运动状态的显著影响,本项目在经典Mikami液桥力模型的基础上,引入了粘性力及其修正项,进一步完善了液桥力模型,并将LSD接触力模型嵌入计算框架。其次,基于改进后的模型,同时考虑静态-动态双重液桥作用,系统研究了不同液体含量、粘度和表面张力对持液粘性颗粒喷动偏转、混合和循环特性的影响。结果表明,相较于其他参数,表面张力起到的作用更具有决定性。在较高的表面张力下,液体粘度和液体含量对上述特性的影响变得更加明显。最后,基于静态-动态双重液桥作用,从颗粒微观运动及受力行为、介观聚团行为、宏观流化行为三个尺度出发,实现持液粘性颗粒流化体系的多尺度解析和跨尺度关联分析,还得到了持液粘性颗粒流化过程中液桥静态-动态效应之间的转变机制。研究发现,当μ<50mPa∙s时,静态液桥力占据主导地位,但当μ>50mPa∙s时,液体粘度的进一步增加会导致液桥强度的显著增加,颗粒间主导作用力由静态液桥力转变为动态液桥力(粘性力)。.本项目研究了持液粘性颗粒体系的复杂流化过程,完善了液桥力模型,实现从单一静态液桥力向静态-动态双重液桥力研究的转变。在此基础上,研究了流化过程中的喷动偏转、混合和循环情况,还实现了流化过程的多尺度解析和跨尺度关联分析,并揭示了液桥静态-动态双重效应作用和转变机制。研究对于相关反应器的设计、放大和调控具有重要意义。
低共熔溶剂-热解策略调控油茶壳制备硬碳负极材料及其闭孔/缺陷协同储钠机理研究
  • 批准号:
    2026JJ80168
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2026
  • 负责人:
    周业丰
  • 依托单位:
烘焙作用下生物质快速热解流化床反应器多层次过程关联分析及优化
  • 批准号:
    2020JJ3033
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    周业丰
  • 依托单位:
持液气固流化过程的跨尺度关联及多尺度解析研究
  • 批准号:
    2019JJ40281
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    周业丰
  • 依托单位:
流化床聚合反应器中液体耦合作用机制及其影响下的介尺度颗粒聚团与稳定性研究
  • 批准号:
    21506181
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    周业丰
  • 依托单位:
国内基金
海外基金