謝金朋， 吳廣恒,2， 王德武， 劉 燕， 張少峰

(1.河北工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院， 天津 300130； 2.天津職業(yè)大學(xué) 生物與環(huán)境工程學(xué)院， 天津 300410)

實(shí)現(xiàn)石油資源的清潔高效轉(zhuǎn)化、生產(chǎn)更多輕質(zhì)油品和基礎(chǔ)化工原料是當(dāng)今煉油技術(shù)發(fā)展的主要方向[1]，基于上述目標(biāo)，研究者圍繞催化裂化過(guò)程開(kāi)發(fā)了很多新技術(shù)，如中國(guó)石化石油化工科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)的以多產(chǎn)異構(gòu)烷烴的催化裂化(MIP)為代表的系列技術(shù)[2]、中國(guó)石油大學(xué)重質(zhì)油國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的兩段提升管催化裂化(TSRFCC)系列技術(shù)[3]，將傳統(tǒng)單一直徑提升管改進(jìn)成變徑組合提升管是上述技術(shù)的重要特點(diǎn)之一，通過(guò)反應(yīng)器變徑組合，輔以分區(qū)調(diào)控，分別構(gòu)建了與不同反應(yīng)歷程相適宜的流場(chǎng)類(lèi)型，從而適應(yīng)了催化裂化過(guò)程多目標(biāo)的要求。

在變徑組合提升管的流動(dòng)與調(diào)控規(guī)律研究方面，Geng等[4-6]對(duì)中間設(shè)置擴(kuò)徑段的提升管進(jìn)行了研究，表明擴(kuò)徑段內(nèi)固相濃度較高、且氣-固流動(dòng)更加均勻、氣-固接觸效率更高，通過(guò)對(duì)擴(kuò)徑段內(nèi)局部固相濃度信號(hào)進(jìn)行小波分析表明，其多尺度振幅與小波能量均不同于傳統(tǒng)的鼓泡床、湍動(dòng)床和快速床。Zhu等[7-9]對(duì)下部小直徑與上部大直徑形式的變徑組合提升管進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，下部小直徑段內(nèi)處于高密度流動(dòng)狀態(tài)時(shí)，其氣-固流動(dòng)較以往高密度循環(huán)流化床更為均勻，較傳統(tǒng)湍動(dòng)床返混更低，較強(qiáng)的固-固作用是這種流型相間作用的主要特點(diǎn)，據(jù)此將這種床型定義為“循環(huán)湍動(dòng)流化床”。為了研究變徑組合提升管在高密度流動(dòng)下的流型轉(zhuǎn)變特點(diǎn)，魏晨光等[10]采用與Zhu相似的提升管構(gòu)型，發(fā)現(xiàn)變徑組合提升管內(nèi)低密度與高密度流型轉(zhuǎn)變點(diǎn)較傳統(tǒng)單一直徑的高密度循環(huán)流化床提升管提前，其在固/氣比Gs/(ρg·Ug)=27附近時(shí)固相濃度即達(dá)到了高密度操作的條件，而此時(shí)的軸向流動(dòng)特征與傳統(tǒng)高密度循環(huán)流化床相似，而局部流動(dòng)特征與循環(huán)湍動(dòng)流化床相似。

綜合已有研究可見(jiàn)，在操作條件相近的情況下，基于變徑組合提升管所構(gòu)建的流型特點(diǎn)與傳統(tǒng)單一直徑提升管有較大不同，為了進(jìn)一步探索其由低密度向高密度流動(dòng)的流型轉(zhuǎn)變特點(diǎn)，筆者基于魏晨光等[10]的實(shí)驗(yàn)裝置，在固/氣比Gs/(ρg·Ug)為0～37.60的范圍內(nèi)，通過(guò)對(duì)變徑組合提升管小直徑段內(nèi)壓力及其脈動(dòng)信號(hào)的測(cè)量和分析，研究了低密度循環(huán)流態(tài)化(氣力輸送、快速流態(tài)化)與高密度循環(huán)流態(tài)化間的流型轉(zhuǎn)變點(diǎn)及其壓力脈動(dòng)機(jī)制，以期進(jìn)一步豐富和完善對(duì)變徑組合提升管氣-固流動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)，并為其工業(yè)設(shè)計(jì)和操作調(diào)控提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置及流程

實(shí)驗(yàn)裝置及流程如圖1所示。實(shí)驗(yàn)裝置主要由提升管、伴床、旋風(fēng)分離器、輔助管線及閥門(mén)組成。提升管部分由下部小直徑段和上部大直徑段串聯(lián)組合而成，中間采用變徑段過(guò)渡，變徑段內(nèi)設(shè)置二次補(bǔ)氣設(shè)備。提升管小直徑段尺寸為φ60 mm×1900 mm，大直徑段尺寸為φ120 mm×5000 mm，包含變徑段總高為7500 mm；伴床尺寸為φ200 mm×2200 mm/φ300 mm×1300 mm，伴床顆粒出口至提升管顆粒入口間循環(huán)管內(nèi)徑為60 mm，豎直方向高度為3000 mm。動(dòng)力送風(fēng)設(shè)備為天津鼓風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的L31LD型羅茨鼓風(fēng)機(jī)，轉(zhuǎn)速為1450 r/min，流量為5.36 m3/min，升壓為29340 Pa。為降低風(fēng)機(jī)流量波動(dòng)對(duì)后續(xù)裝置操作及運(yùn)行的影響，在風(fēng)機(jī)與裝置主體之間設(shè)置了體積為4 m3的氣體緩沖罐。

來(lái)自風(fēng)機(jī)的氣體經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)計(jì)量后，分3路分別進(jìn)入提升管底部、變徑段及伴床底部；顆粒沿提升管小直徑段、大直徑段向上流動(dòng)，經(jīng)轉(zhuǎn)向型出口進(jìn)入伴床，伴床內(nèi)顆粒經(jīng)循環(huán)管返回到提升管小直徑段底部，伴床內(nèi)氣體夾帶的少部分細(xì)顆粒經(jīng)旋風(fēng)分離器及布袋除塵器分離后放空。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置及流程示意Fig.1 Experimental setup and process1—Fan; 2—Buffer tank; 3—Rotameter; 4—Lower riser;5—Upper riser; 6—Bin; 7—Bag filter; 8—Cyclone; 9—Dipleg;10—Circulating tube; 11—Butterfly valve

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

固體介質(zhì)為CRP-1催化裂解催化劑顆粒，平均顆粒直徑(dp)為75 μm，顆粒密度(ρp)為1455 kg/m3，堆積密度(ρb)為875 kg/m3；流化介質(zhì)為常溫空氣，氣體密度(ρg)為1.21 kg/m3。提升管小直徑段的表觀氣速(Ug)為1.47～2.95 m/s，通過(guò)調(diào)節(jié)變徑段二次補(bǔ)氣量使得大直徑段的表觀氣速維持在2.46 m/s。顆粒循環(huán)強(qiáng)度(Gs)為0～84.59 kg/(m2·s)，對(duì)應(yīng)操作固/氣比Gs/(ρg·Ug)范圍為0～37.60。裝置靜止時(shí)伴床內(nèi)料位界面至提升管小直徑段顆粒入口間垂直距離為4.0 m。

采用容積法測(cè)量顆粒循環(huán)強(qiáng)度。采用壓力傳感器采集壓力信號(hào)，在提升管小直徑段軸向h為0.50 m 和1.10 m處布置2個(gè)信號(hào)測(cè)點(diǎn)。壓力傳感器為北京傳感星空公司生產(chǎn)，壓力傳感器型號(hào)為CGYL-204型，精度為B級(jí)，量程為0～15 kPa，輸出電信號(hào)為4～20 mA；傳感器輸出的電信號(hào)直接進(jìn)入數(shù)據(jù)采集箱，通過(guò)多通道A/D轉(zhuǎn)換器將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為壓力信號(hào)。實(shí)驗(yàn)中，壓力傳感器探頭固定在與提升管內(nèi)壁面平齊的位置，采樣頻率設(shè)定為100 Hz，采樣時(shí)間為25 s，即單次采樣點(diǎn)數(shù)N=2500個(gè)。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析方法

首先對(duì)原始?jí)毫π盘?hào)進(jìn)行剔除奇異點(diǎn)、消除趨勢(shì)項(xiàng)、平移不變小波去噪的預(yù)處理，然后再進(jìn)行壓力脈動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)偏差、功率譜密度(Power spectral density，簡(jiǎn)稱PSD)及小波分析。

壓力脈動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)偏差σ為

(1)

式中,pi、pm分別為瞬態(tài)壓力值與采樣時(shí)間內(nèi)壓力平均值，kPa。

采用傅里葉變換中的加窗平均周期法(Welch法)[11]對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，得到功率譜密度曲線；采用db2小波基對(duì)測(cè)得的壓力脈動(dòng)信號(hào)進(jìn)行7層小波分解(即分解層數(shù)J=7)，小波分解尺度和信號(hào)頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示，該部分詳細(xì)方法及過(guò)程參見(jiàn)文獻(xiàn)[12]。

根據(jù)文獻(xiàn)[12]，將一個(gè)連續(xù)信號(hào)x(ti)進(jìn)行多分辨率小波分解，近似表達(dá)為

表1 壓力脈動(dòng)信號(hào)小波分解尺度與頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系Table 1 Relationship between pressure fluctuation signalwavelet decomposition scale and frequency

x(ti)≈Aj(ti)+Dj(ti)+Dj-1(ti)+…+D1(ti)

(2)

式中，D1(ti)，D2(ti)，…，Dj(ti)為多分辨率2j下分解的細(xì)節(jié)信號(hào)；Aj(ti)為多分辨率2j下分解的概貌信號(hào)。

小波分解信號(hào)中，信號(hào)的能量為振幅的平方和，即

(3)

(4)

(5)

則

(6)

各尺度細(xì)節(jié)信號(hào)小波能量比為:

(7)

J層概貌信號(hào)的小波能量比為

(8)

2 結(jié)果與討論

2.1 不同固/氣比下壓力脈動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)偏差及依此對(duì)流型的劃分

圖2為變徑組合提升管內(nèi)流動(dòng)參數(shù)隨固/氣比(Gs/(ρg·Ug))的變化及流型劃分。由圖2(a)可見(jiàn)，隨著固/氣比(Gs/(ρg·Ug))增加，壓力脈動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)偏差(σ)整體上呈現(xiàn)出“三階段”變化特征：在Gs/(ρg·Ug)<10時(shí)(第Ⅰ階段)，壓力脈動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)偏差較低，隨固/氣比(Gs/(ρg·Ug))增加而變化較??；在10≤Gs/(ρg·Ug)≤27時(shí)(第Ⅱ階段)，壓力脈動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)偏差隨固/氣比(Gs/(ρg·Ug))增加而逐漸增高；在Gs/(ρg·Ug)>27時(shí)(第Ⅲ階段)，壓力脈動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)偏差較高，隨固/氣比(Gs/(ρg·Ug))增加基本不再變化。由圖2(b)可知，單位壓降(Δp/Δh)隨固/氣比(Gs/(ρg·Ug))的變化趨勢(shì)及其固/氣比(Gs/(ρg·Ug))轉(zhuǎn)變范圍與圖2(a)相似。

金涌等[13]指出，當(dāng)床層內(nèi)平均固含率εs,am≤0.05時(shí)，氣-固兩相流動(dòng)為氣力輸送狀態(tài)；當(dāng)0.05<εs,am≤0.15時(shí)，對(duì)應(yīng)快速流態(tài)化狀態(tài)；當(dāng)0.15<εs,am≤0.35時(shí)，對(duì)應(yīng)湍動(dòng)流態(tài)化狀態(tài)；Grace等[14]研究表明，循環(huán)流化床實(shí)現(xiàn)高密度操作的條件之一是εs,am≥0.1，進(jìn)入高密度操作條件后床內(nèi)固含率基本不再隨固/氣比(Gs/(ρg·Ug))增加而變化。綜合圖2(a)～圖(c)可見(jiàn)，隨著固/氣比(Gs/(ρg·Ug))的增加，變徑組合提升管內(nèi)各參數(shù)的“三階段”特征分別對(duì)應(yīng)了Ⅰ-氣力輸送、Ⅱ-快速流態(tài)化、Ⅲ-高密度循環(huán)流態(tài)化3種不同流型的依次轉(zhuǎn)變，而圖2(c)中快速流態(tài)化向高密度循環(huán)流態(tài)化轉(zhuǎn)變的臨界固/氣比(Gs/(ρg·Ug))也與魏晨光等[10]的結(jié)果相近，這也進(jìn)一步印證了關(guān)于變徑組合提升管較傳統(tǒng)等直徑提升管可以在較低的固/氣比(Gs/(ρg·Ug))下進(jìn)入高密度操作狀態(tài)的結(jié)論。

2.2 不同固/氣比下壓力脈動(dòng)的功率譜密度分析

圖3為不同固/氣比(Gs/(ρg·Ug))下壓力脈動(dòng)的功率譜密度(PSD)曲線。對(duì)照上述劃分的各流型操作范圍，圖3(a)中，曲線(1)為單氣相操作(Gs=0)，曲線(2)、曲線(3)和曲線(4)對(duì)應(yīng)氣力輸送狀態(tài)；圖3(b)中，曲線(1)、曲線(2)對(duì)應(yīng)快速流態(tài)化狀態(tài)，曲線(2)、曲線(3)對(duì)應(yīng)高密度循環(huán)流態(tài)化狀態(tài)。由圖3可見(jiàn)，整體上，各固/氣比(Gs/(ρg·Ug))下的壓力脈動(dòng)頻率均主要集中在12.50 Hz以內(nèi)，功率譜密度曲線均是先在頻率較低的部分出現(xiàn)1個(gè)能量最高、且窄而尖的主峰，其對(duì)應(yīng)提升管內(nèi)壓力脈動(dòng)的主頻；隨后，在1.00～6.50 Hz之間，還同時(shí)存在一段“低峰多頻”的區(qū)域，即由多個(gè)能量相對(duì)降低、頻率不同的脈動(dòng)所覆蓋的區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)，雖然單個(gè)峰值能量相對(duì)較低，但因整個(gè)頻段范圍較寬，故該頻段內(nèi)能量之和亦占有較大的比重。

圖2 變徑組合提升管內(nèi)流動(dòng)參數(shù)隨固/氣比(Gs/(ρg·Ug))的變化及流型劃分Fig.2 Variation of flow parameters in adjustable combinedriser with solid-gas ratio (Gs/(ρg·Ug)) andtheir flow pattern regime(a) Standard deviation of pressure fluctuation;(b) Unit pressure drop;(c) Average solids holdup by pressure drop method

比較圖3(a)、圖3(b)各功率譜密度主頻可知，固/氣比(Gs/(ρg·Ug))較低(如Gs/(ρg·Ug)=5.85)時(shí)，壓力脈動(dòng)的主頻與單氣相時(shí)相近，主要集中在f=1.00 Hz附近；當(dāng)固/氣比(Gs/(ρg·Ug))增大(如Gs/(ρg·Ug)≥8.21)時(shí)，壓力脈動(dòng)主頻均降至f=0.30 Hz附近。由此來(lái)看，雖然不同固/氣比(Gs/(ρg·Ug))下壓力脈動(dòng)均存在明顯的主頻，但僅通過(guò)功率譜密度分析，還不能完全反映各頻率(或頻段)脈動(dòng)對(duì)整個(gè)壓力脈動(dòng)的影響及其流型隨固/氣比(Gs/(ρg·Ug))的變化規(guī)律，故筆者下文將對(duì)各固/氣比(Gs/(ρg·Ug))下的壓力脈動(dòng)信號(hào)進(jìn)行小波分解，以進(jìn)一步分析。

圖3 不同固/氣比(Gs/(ρg·Ug))下壓力脈動(dòng)的功率譜密度(PSD)曲線Fig.3 Power spectral density(PSD)of pressure fluctuation under different solid-gas ratios (Gs/(ρg·Ug))h=0.5 mGs/(ρg·Ug): (a) (1) 0, (2) 5.85, (3) 8.21, (4) 13.37; (b) (1) 19.72, (2) 24.65, (3) 35.20, (4) 37.60

2.3 不同固/氣比下壓力脈動(dòng)的小波分析

對(duì)各固/氣比(Gs/(ρg·Ug))下的壓力脈動(dòng)信號(hào)進(jìn)行小波分解，圖4為不同固/氣比(Gs/(ρg·Ug))下壓力脈動(dòng)各頻段小波能量(Ej)占總能量(E)比。由圖4(a)可見(jiàn)，在單氣相或固/氣(Gs/(ρg·Ug))比較低時(shí)，壓力脈動(dòng)在D6～D4頻段(0.78～6.25 Hz)范圍內(nèi)能量占比較大，最大值在D5頻段(1.56～3.13 Hz)；隨著固/氣比(Gs/(ρg·Ug))增加，A7頻段(0～0.39 Hz)小波能量占比增加，在圖4(b)中，壓力脈動(dòng)能量較強(qiáng)的頻域主要集中在A7和D5頻段，其中A7頻段能量占比高于D5頻段；在圖4(c)中，壓力脈動(dòng)能量較強(qiáng)的頻域除A7頻段外，另一頻域轉(zhuǎn)變?yōu)镈4頻段(3.13～6.25 Hz)，且D4頻段小波能量占比高于A7頻段；在圖4(d)中，壓力脈動(dòng)能量較強(qiáng)頻域又轉(zhuǎn)變?yōu)锳7頻段和D5頻段，且A7頻段能量占比高于D5頻段。綜合圖4可見(jiàn)，各固/氣比(Gs/(ρg·Ug))下，壓力脈動(dòng)能量主要集中在A7、D5、D4頻段，各小波能量占比較高表明其對(duì)壓力脈動(dòng)的影響較大，而相應(yīng)頻段的高能量也是系統(tǒng)操作及床內(nèi)氣-固間復(fù)雜作用行為等的反映，為此還需要對(duì)其產(chǎn)生機(jī)制及隨流型轉(zhuǎn)變規(guī)律進(jìn)行分析。

圖4 不同固/氣比(Gs/(ρg·Ug))下壓力脈動(dòng)各頻段小波能量占總能量比Fig.4 Ratios of wavelet energy at different levels over the total energy under different solid-gas ratios (Gs/(ρg·Ug))h=0.5 mGs/(ρg·Ug): (a) 0-5.85; (b) 8.21-13.37； (c) 16.0-24.65; (d) 26.68-37.60

2.4 壓力脈動(dòng)及流型轉(zhuǎn)變機(jī)理的分析

為了更直觀地分析A7、D5、D4各頻段小波能量占比隨固/氣比(Gs/(ρg·Ug))的變化規(guī)律，并以此揭示變徑組合提升管內(nèi)流型隨固/氣比(Gs/(ρg·Ug))變化的轉(zhuǎn)變機(jī)制，圖5給出了這3個(gè)主要頻段小波能量占比隨固/氣比(Gs/(ρg·Ug))的變化曲線，其中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分別對(duì)應(yīng)氣力輸送、快速流態(tài)化、高密度循環(huán)流態(tài)化3個(gè)流型區(qū)域。

圖5 A7、D5、D4頻段小波能量比隨固/氣比(Gs/(ρg·Ug))的變化Fig.5 Ratios of wavelet energy in A7， D5 and D4frequency over the total energy under differentsolid-gas ratios (Gs/(ρg·Ug))

對(duì)照?qǐng)D5并結(jié)合圖4，對(duì)比提升管內(nèi)單氣相操作(Gs/(ρg·Ug)=0)和其他有顆粒循環(huán)操作(Gs/(ρg·Ug)≠0)，單氣相操作時(shí)，A7頻段壓力脈動(dòng)能量占比較低，而有顆粒循環(huán)時(shí)，A7頻段能量占比均明顯增高(除圖4(a)外)；胡小康等[15]對(duì)循環(huán)流化床提升管內(nèi)壓力脈動(dòng)分析表明，顆粒不穩(wěn)定進(jìn)料是引起提升管內(nèi)低頻脈動(dòng)(0.30 Hz以內(nèi))的主要因素，吳廣恒等[16]的研究結(jié)果也表明，顆粒進(jìn)料對(duì)整個(gè)提升管壓力脈動(dòng)的這種影響，由此可見(jiàn)，A7頻段是顆粒進(jìn)料波動(dòng)所引起的一種全局性壓力脈動(dòng)行為。單氣相操作時(shí)，D5頻段附近的壓力脈動(dòng)主要是局部氣流擾動(dòng)所引起的一種局部壓力脈動(dòng)行為，而圖4(a)在固/氣比較低時(shí)(如Gs/(ρg·Ug)≤5.85)，由于提升管內(nèi)顆粒濃度較低，且主要以分散的單顆粒形式存在，所以其壓力脈動(dòng)仍主要由D5頻段附近的局部氣流擾動(dòng)主導(dǎo)。

隨著固/氣比(Gs/(ρg·Ug))的增加，當(dāng)8.21≤Gs/(ρg·Ug)≤13.37時(shí)，顆粒進(jìn)料導(dǎo)致的A7頻段脈動(dòng)影響增強(qiáng)，并成為此時(shí)壓力脈動(dòng)的主導(dǎo)因素，而在此過(guò)程中，D5仍是除A7外能量占比最大的頻段，由此說(shuō)明，雖然固/氣比(Gs/(ρg·Ug))增加，顆粒濃度有所提高，但局部氣流間的擾動(dòng)仍是局部壓力脈動(dòng)的主導(dǎo)因素之一，從顆粒間聚集行為分析來(lái)看，在此操作區(qū)域，顆?；蚴侨砸詥晤w粒形式存在，或是顆粒團(tuán)尺寸較小，其形成和解體對(duì)壓力脈動(dòng)影響較小。故基于該固/氣比(Gs/(ρg·Ug))范圍內(nèi)氣體-顆粒間的主要作用機(jī)制及影響程度來(lái)看，該操作范圍仍屬氣力輸送流型，因此，氣力輸送向快速流態(tài)化流型轉(zhuǎn)變的固/氣比(Gs/(ρg·Ug))應(yīng)較前文基于宏觀統(tǒng)計(jì)分析所得到的數(shù)值大，由圖5可知，Gs/(ρg·Ug)值在13.37～16.00，將其近似描述為Gs/(ρg·Ug)=15。

另外，以往部分研究者將氣力輸送流型又細(xì)分為稀相氣力輸送和密相氣力輸送，同時(shí)，亦有部分研究者認(rèn)為密相氣力輸送不能成為一種單獨(dú)的操作狀態(tài)，而將其合并到快速流態(tài)化操作區(qū)域[13]。圖5中8.21≤Gs/(ρg·Ug)≤13.37時(shí)，所體現(xiàn)的即是密相氣力輸送這一具有過(guò)渡特征的操作區(qū)域，而圖2中Gs/(ρg·Ug)=10所對(duì)應(yīng)的則是稀相氣力輸送與密相氣力輸送的轉(zhuǎn)變點(diǎn)，因此其轉(zhuǎn)變點(diǎn)固/氣比(Gs/(ρg·Ug))偏低。故結(jié)合圖5分析來(lái)看，筆者認(rèn)同密相氣力輸送劃歸到氣力輸送流型范疇這一觀點(diǎn)。

當(dāng)16.00≤Gs/(ρg·Ug)≤26.68時(shí)，伴隨固/氣比(Gs/(ρg·Ug))及顆粒濃度的增加，氣-固流動(dòng)進(jìn)入快速流態(tài)化狀態(tài)，其流型主要特征是顆粒間聚集傾向增強(qiáng)，形成了相對(duì)較大尺寸的團(tuán)聚物，而團(tuán)聚物在氣流作用下又不斷解體，故是氣體-顆粒(團(tuán))間這種劇烈的相互作用引起了頻率相對(duì)較高的D4頻段壓力脈動(dòng)，由此可見(jiàn)，在壓力脈動(dòng)形成機(jī)制上，D4頻段屬于氣-固局部作用行為引起的壓力脈動(dòng)。

當(dāng)30.32≤Gs/(ρg·Ug)≤37.60時(shí)，氣-固兩相處于高密度循環(huán)流態(tài)化狀態(tài)，除顆粒進(jìn)料導(dǎo)致的全局性壓力脈動(dòng)A7頻段外，D5頻段能量占比最大。魏晨光等[10]的研究表明，在高密度循環(huán)流態(tài)化操作下，變徑組合提升管內(nèi)局部固含率和顆粒速度分布等特征與傳統(tǒng)等直徑提升管差異較大，其更接近于循環(huán)湍動(dòng)流化床；Zhu[8]認(rèn)為，造成循環(huán)湍動(dòng)流化床與傳統(tǒng)高密度循環(huán)流化床流動(dòng)特性差異的主要原因在于局部相間作用機(jī)制及影響的不同，顯著的顆粒(團(tuán))與顆粒(團(tuán))之間的作用是決定循環(huán)湍動(dòng)流化床氣-固流動(dòng)特性的主要機(jī)制；由此可見(jiàn)，該固/氣比(Gs/(ρg·Ug))范圍內(nèi)的D5頻段主要是顆粒(團(tuán))與顆粒(團(tuán))之間相互作用所引起的一種局部壓力脈動(dòng)行為，并且與快速流態(tài)化下的D4頻段相比，顆粒(團(tuán))與顆粒(團(tuán))之間相互作用所產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)頻率較氣體與顆粒(團(tuán))之間相互作用引起的壓力脈動(dòng)頻率降低。

再結(jié)合圖4(d)和圖5可見(jiàn)，在Gs/(ρg·Ug)=26.68時(shí)，既具有D4頻段能量占比高于A7頻段的快速流態(tài)化階段特征，又具有D5頻段能量占比高于D4頻段的高密度循環(huán)流態(tài)化特征，體現(xiàn)出一種過(guò)渡特點(diǎn)，故筆者仍近似認(rèn)為Gs/(ρg·Ug)=27附近是快速流態(tài)化與高密度循環(huán)流態(tài)化流型的臨界轉(zhuǎn)變點(diǎn)。

3 結(jié) 論

在Gs/(ρg·Ug)為0～37.60的范圍內(nèi)，通過(guò)對(duì)變徑組合提升管內(nèi)壓力脈動(dòng)參數(shù)隨固/氣比變化的分析，得到以下結(jié)論：

(1)隨著固/氣比(Gs/(ρg·Ug))的增加，變徑組合提升管內(nèi)依次出現(xiàn)氣力輸送、快速流態(tài)化、高密度循環(huán)流態(tài)化3種流型；氣力輸送與快速流態(tài)化流型轉(zhuǎn)變的臨界固/氣比在Gs/(ρg·Ug)=15附近，快速流態(tài)化與高密度循環(huán)流態(tài)化流型轉(zhuǎn)變的固/氣比在Gs/(ρg·Ug)=27附近。

(2)變徑組合提升管內(nèi)壓力脈動(dòng)能量主要由顆粒進(jìn)料波動(dòng)所引起的全局性壓力脈動(dòng)及局部相間作用引起的局部壓力脈動(dòng)主導(dǎo)；顆粒進(jìn)料波動(dòng)主導(dǎo)的全局性壓力脈動(dòng)主頻在0.3 Hz附近，當(dāng)Gs/(ρg·Ug)≥8.21，其在壓力脈動(dòng)中的能量占比才明顯增大；局部相間作用主導(dǎo)的局部壓力脈動(dòng)頻率主要集中在6.5 Hz 以內(nèi)。

(3)各流型下主導(dǎo)局部壓力脈動(dòng)的機(jī)制不同：氣力輸送流型下，局部壓力脈動(dòng)的頻率主要集中在D5頻段(1.56～3.13 Hz)，主要由局部氣流擾動(dòng)引起；快速流態(tài)化流型下，局部壓力脈動(dòng)的頻率主要集中在D4頻段(3.13～6.25 Hz)，主要由局部氣體與顆粒(團(tuán))間的作用引起；高密度循環(huán)流態(tài)化下，局部壓力脈動(dòng)的頻率主要集中在D5頻段(1.56～3.13 Hz)，主要由局部顆粒(團(tuán))與顆粒(團(tuán))間的作用引起。