《超细颗粒高温流化床外场强化和混沌特性》

项目简介:

流化床是复杂的非线性混沌系统,其流化状态和床内的反应规律受到流体与床料粒度、密度、流速和形状等影响。流化床内流体流动的控制和反应器放大十分困难,这是因为工业流化床在高温下操作,揭示高温流化床的混沌特性及其多尺度效应属学科前沿,此方面的知识尚属空白。利用流化床反应器对纳米、微米颗粒进行物理、化学加工具有重要的科学价值及应用价值。该项目深入研究了高温下颗粒的流体力学行为、超细颗粒的外场强化以及流动-反应的耦合机理,取得了系列创新性成果,这些成果中的发现点包括:

1.首次提出了气固射流床中颗粒流动形态的多尺度、混沌特性;

2.建立了外加声场能量在流化床内传播的分级傅立叶组合方程;

3.揭示了声场能量可以有效破碎纳米颗粒团聚,进而建立了颗粒聚团能量平衡颗粒团聚尺度的方程;

4.研究了流化床内高温下粘性颗粒的流动-反应耦合及强化机理。

科学价值:

该项目取得的成果具有重要的学术价值及广泛的应用前景,对多相流体力学和声场颗粒流体力学的研究、开发具有重要的指导意义。

主要内容包括:

1.揭示了气固高温流化床内超细颗粒流动的非线性及复杂流型演变规律。

2.考察了纳、微米颗粒的流化特性和外场调控特性。

3.研究了粘附性超细颗粒流化床流动/反应耦合作用,实现热固性塑料和纳米催化剂在高温流化床内的正常流化。

同行引用及评价:

该项目提供的8篇代表性论文共被国内外同行他引357次。意大利萨莱诺大学的Barletta教授在国际重要颗粒学期刊Powder Technology(2013,237:276-285)中认为代表性论文1中气固射流床压力信号功率谱图和主频可以获得非常有用的信息。西班牙的Elordi教授等在国际主流催化工程期刊Applied Catalysis B-Environmental(2011,102: 224-231)认为代表性论文2所采用的以石英砂作为介质进行辅助流化的方法非常适合于塑料颗粒热解在传热、传质方面的需要。美国哥伦比亚大学Tomboc G教授在中科院分区一区期刊Energy(2017,121: 238-245)和华东理工大学的朱选教授在中科院分区一区期刊Journal of Power Sources上(2012,211: 33-39)上认为代表性论文3中采用粘土作为载体辅助纳米催化剂颗粒流化,减小了颗粒之间的范德华力和静电力,消除了催化剂颗粒的聚团。意大利科学院院士Ammendola教授在国际知名主流颗粒学期刊Advanced Powder Technology(2011,22(2): 174-183)中认为采用代表性论文4中提出的声场能量有效破碎纳米颗粒团聚、使纳米颗粒在较小的表观气速下流化的研究结果是可靠的,具有可重复性。美国爱荷华州立大学的Escudero教授等在国际知名流态化工程期刊Chemical Engineering Journal(2013,231: 68-75)中认为代表性论文5提出的对气固射流床压力波动信号进行小波分析的方法非常重要,并借鉴该论文的方法对其研究结果进行了分析。爱尔兰都柏林大学的Chadwick教授在综述期刊Renewable and Sustainable Energy Reviews(2014,30(1): 672-681)中肯定了代表性论文6所制得的生物质颗粒具有便于运输、低污染和高热值的优点。J.Adánez教授发表在能源工程主流期刊Progress in Energy and Combustion Science上的综述文章(2018,65: 6-66.)肯定了代表性论文7提出的CaSO4载氧体具备较高的氧容量。伦敦帝国理工大学的P.S.Fennell教授在能源工程权威期刊Energy & Environmental Science(2014,7(1): 130-189)中认为代表性论文8制备的钙基复合型载氧体颗粒,具有价格低廉、反应活性强和流化性能优的特点。

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