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三相流化床反应器广泛应用于化工、石油化工、煤化工和生物化工过程中。流化床内各相流动特性及质量传递规律和模型化的研究对这类反应器的设计、放大和优化具有重要的指导意义,但由于三相流化床内各相流动的复杂性,至今还未见到具有普遍化意义的、建立在可靠参数基础上的流体流动模型。本文的主要目的是基于在一个较大的流化床内,不同流动域中流体动力学和质量传递规律的测定结果,研究三相流化床的二维流体力学模型。 本论文共分六章。 第一章较全面地综述了有关三相流化床流动域、相含率、质量传递、混合、热量传递、气泡行为和流动模型等方面前人的研究结果。在此基础上,我们发现,在过去二十年中,各国学者对三相流化床流动域、相含率、质量传递系数和气泡行为等进行了大量的研究,尽管结果十分离散。大多数已发表的参数的研究结果是全塔的平均值,而且也未考虑流动域对研究结果的影响。相反,对流动域的研究,也未与质量传递参数或其它可测的物理量联系起来,而仅凭肉眼判断。此外,这些研究结果是在小实验塔内获得的——大多数塔径小于100mm,部分达200mm,只有极少数超过200mm——而大直径床层内流体的流动特性与小塔有很大的差别。 流动域对流化床内流体动力学和传递特性有显著的影响,但还未见到定量考虑这些影响的论文发表,同时,迄今为止,有关三相流化床二维流体动力学模型还未见报导。上述问题以及对流动域的影响缺乏了解即为开始本研究的最初原因。 第二章在内径为0.285m,高为4.1m的有机玻璃塔内,利用空气-富氧水-玻璃珠三相体系,研究了流化床不同流动域内气-液体积质量传递系数和液相轴向返混系数的变化规律。发现,不同流动域内,体积质量传递系数和液相轴向返混系数的变化规律不同。得到了不同流动域内体积质量传递系数的关联式,并得到流动域划分的判据,结果表明,从体积质量传递系数关联式得到的流动域划分判据与从压强脉动信号分析和气含率关联式得到的结果基本一致。 根据质量传递和局部气泡行为的研究结果,计算了质量传递系数和气-液比表面积,并与文献中的实验数据进行了比较。 第三章在比较大的试验范围内,利用自行设计和制作的二元电导探头,研究了三相流化床不同流域内气泡的行为,包括气泡尺寸、气泡上升速度、气泡频率及局部气含率,考察了各个操作变量和床层轴径向位置对气泡行为的影响,得到了不同流动域内气