超临界水流化床两相流动阻力及颗粒分布特性研究

超临界水流化床是最近几年发展起来的新概念，其在化工、能源领域有广阔的应用前景。申请人已在国际上首次研制成功超临界水流化床，并应用于生物质超临界水气化制氢，但基于传统设计理论构建的超临界水流化床反应器还不能完全达到预期。本项目拟从流化床内多相流基本规律出发，搭建超临界水流化床两相流阻力及颗粒分布特性研究实验平台，建立流化床参数测试的理论与方法；通过对超临界水流化床的阻力及颗粒分布特性进行实验研究，获得较宽参数范围内流化床床层压降、最小流化速度、终端速度、床层膨胀等参数设计计算的理论与实验关联式，揭示超临界水流化床颗粒分布规律。同时，采用DEM-CFD方法模拟流化床内多相流动过程，从颗粒尺度理解颗粒、流体、壁面的相互作用机制。本项研究将填补国内外在超临界水流化床阻力及颗粒分布特性研究方面的空白，对完善超临界水流化床设计理论，推动流化床在相关领域应用及多相流学科的发展有重要的理论与现实意义。

超临界水流化床是最近几年发展起来的新概念，其在化工、能源领域有着广阔的应用前景。本项目三年执行期内从流化床内多相流基本规律出发，成功研制了一套质量流量范围0-250 kg/h，设计压力30 MPa，设计温度550℃的超临界水流化床两相流动与传热特性测试，获得了高温高压条件下两相流参数测量方法；通过实验研究获得了超临界水固定床和流化床阻力特性，论证了固定床阻力经典Ergun公式在超临界水条件下的适用性，获得超临界水流化床最小流化速度计算准则方程；建立了超临界水流化床内两相流动DEM-CFD模型，评价了曳力模型的适用性，对比分析了超临界水流化床与传统气固流化床两相流动特性的差异；建立了超临界水流化床内两相流动与传热的欧拉双流体模型，应用该模型对超临界水反应器结构进行优化设计，获得了最佳的颗粒和停留时间分布；建立了超临界水流化床内流体颗粒传热模型，通过数值分析获得了超临界水绕颗粒对流换热准则方程，初步揭示了颗粒-流体微观流体传热机理。本项研究填补了国内外在超临界水流化床流动及传热研究领域的空白，对完善超临界水流化床设计和运行理论，拓展了多相流学科领域范围有重要的理论与现实意义。项目发表/录用论文25篇，其中国际SCI期刊论文7篇，国内EI核心期刊论文6篇,项目申请人在国际会议上做特邀报告2次。项目已培养毕业硕士2人，在读博士1人，在读硕士6人，另2人将于2013年5月毕业。