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气固提升管中颗粒的流动行为和浓度分布对气固两相流过程模拟、两相之间及其与设备壁面的传热传质研究、以及上行气固两相流设备的研究与设计都有重要的学术意义和工程价值。本文以系统的操作条件范围内获得的气固提升管内轴向压力梯度和局部颗粒浓度的大量实验测试数据为基础,结合现有文献研究成果,对气固提升管充分发展段的颗粒浓度分布及相关问题进行了研究。 通过对提升管截面平均颗粒浓度分布及操作条件的分析,确定了充分发展段颗粒浓度随操作条件变化的定量规律,由此并结合对现有关联式及其操作条件的综合分析,提出了新的充分发展段平均颗粒浓度预测关联式,其预测值与实验结果吻合良好;根据表观气速的不同,该式可将现有文献关联式的预测结果统一起来,阐明了其预测结果之间出现较大差异的原因;为建立更为完善的上行气固两相流预测模型提供了具有重要参考价值的成果。 分析循环流化床实验装置操作条件,指出了影响装置极限操作条件的四个主要因素;从能量平衡和压力平衡观点,阐明了影响极限操作条件曲线的内在原因:表观气速较低时,极限颗粒循环量主要由气体能量与颗粒相流动所需能耗的平衡关系所确定,表观气速较高时,极限颗粒循环量主要取决于伴床中流化颗粒的静压与提升管底部气相压力的平衡关系;同时还提出了充分发展操作区域的边界方程;对循环流化床装置的工艺设计和实际操作具有重要指导意义。 对比颗粒表观浓度与实测浓度,从动量传递过程原理出发,提出了气固两相与提升管管壁摩擦压降的计算式并得到了充分发展段表观颗粒浓度的修正式;同时,建立颗粒-流体整体动量守恒及颗粒动量守恒方程并引入新的曳力系数,得到加速段的修正浓度表达式。所得修正浓度与实际浓度吻合良好。研究结果对采用压差法获取真实浓度、以及提升管反应器内气固两相动力学的研究和工程实际中反应器操作过程的在线监测具有重要实用价值。