王肖祎，仲兆平，王澤宇，趙凱(東南大學(xué) 能源與環(huán)境學(xué)院 能源熱轉(zhuǎn)換及其過程測(cè)控教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京，210096)

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流化床內(nèi)生物質(zhì)石英砂混合流動(dòng)壓力脈動(dòng)頻譜特性

王肖祎，仲兆平，王澤宇，趙凱
(東南大學(xué) 能源與環(huán)境學(xué)院 能源熱轉(zhuǎn)換及其過程測(cè)控教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京，210096)

摘要：為考察生物質(zhì)顆粒的添加對(duì)流化床流動(dòng)特性的影響，研究不同靜止床高和生物質(zhì)添加量下矩形流化床的壓力脈動(dòng)頻譜特性，床料選用0.8 mm粒徑的石英砂，柱形生物質(zhì)顆粒直徑×長(zhǎng)為10 mm×10 mm。研究結(jié)果表明：當(dāng)不添加生物質(zhì)顆粒時(shí)，高靜止床高下壓力脈動(dòng)信號(hào)的功率譜密度圖在 0～5 Hz 區(qū)間會(huì)出現(xiàn)主頻。當(dāng)處于低靜止床高且生物質(zhì)添加量較少時(shí)，功率譜密度圖主頻完全消失；當(dāng)生物質(zhì)添加量較多時(shí)則會(huì)出現(xiàn)1個(gè)明顯的主頻，該主頻隨氣速的增大而增大。當(dāng)處于高靜止床高時(shí)，只有在低氣速下，生物質(zhì)添加才會(huì)對(duì)壓力脈動(dòng)頻譜特性有明顯影響。

關(guān)鍵詞：流化床；生物質(zhì)顆粒；混合流動(dòng)；壓力脈動(dòng)；功率譜密度

生物質(zhì)熱解和氣化技術(shù)是綜合利用生物質(zhì)能的方法，流態(tài)化下的熱解技術(shù)是其工業(yè)應(yīng)用的重要工藝之一[1]。生物質(zhì)由于密度小、質(zhì)地軟、形狀不規(guī)則難以單獨(dú)流化，通常將生物質(zhì)與石英砂等流化介質(zhì)混合流動(dòng)。因此，流化床內(nèi)生物質(zhì)混合流動(dòng)的影響因素一直受到關(guān)注。CLARKE等[2?5]對(duì)生物質(zhì)顆粒與不同形狀、密度、粒徑的顆粒的混合流動(dòng)進(jìn)行研究，重點(diǎn)對(duì)壓降、混合狀況、以及燃燒后的氣體進(jìn)行分析。為避免生物質(zhì)與石英砂混合流動(dòng)出現(xiàn)分層，將生物質(zhì)壓縮成型，成型后的生物質(zhì)密度大且形狀規(guī)則。然而生物質(zhì)顆粒的添加對(duì)流化床內(nèi)氣泡行為、流動(dòng)特性的影響研究較少。流化床內(nèi)的壓力脈動(dòng)是由氣泡的形成、聚并和破裂以及氣泡的運(yùn)動(dòng)引起的[6]。流化床內(nèi)的壓力脈動(dòng)信號(hào)可以反映床內(nèi)流化質(zhì)量[7]、 顆粒流動(dòng)[8]、 氣泡行為[9]，有助于深入理解流化床流體動(dòng)力學(xué)特性，可以區(qū)分幾種典型的流化狀態(tài)[10]以及判斷最小流化速度[11]。許多研究者采用不同的方法處理分析了流化床內(nèi)壓力脈動(dòng)信號(hào)。PRARISE等[12]研究了2種不同密度的顆粒在不同床高及長(zhǎng)寬比下的流動(dòng)特性，采用高斯光譜壓力分布法分析，發(fā)現(xiàn)在低床高、底長(zhǎng)寬比、低顆粒密度時(shí)流化質(zhì)量最好。JAIBOON 等[13]在流化床和循環(huán)流化床提升管處測(cè)量壓力脈動(dòng)，對(duì)不同流型下的壓力脈動(dòng)信號(hào)進(jìn)行了頻譜分析，指出了不同流型和提升管高度下功率譜密度顯示不同的分布特征，鼓泡和騰涌流型下存在明顯的峰值。LIU 等[14]分析了壓力信號(hào)的功率譜密度，比較不同氣泡尺寸的頻譜變化，指出氣泡的連貫性和氣泡尺寸可以明顯地反映到壓力脈動(dòng)信號(hào)中，但在一定程度上會(huì)被氣泡的運(yùn)動(dòng)影響。本文作者通過對(duì)不同靜止床高，不同生物質(zhì)顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，生物質(zhì)與石英砂混合流動(dòng)的壓力脈動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，考察了生物質(zhì)添加量和靜止床高對(duì)壓力脈動(dòng)信號(hào)，即氣泡行為、流化狀態(tài)等特性的影響。采用功率譜密度分析系統(tǒng)的周期特性，綜合分析床內(nèi)生物質(zhì)石英砂2組分流動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)，研究由于生物質(zhì)的添加，床內(nèi)氣泡、顆粒流動(dòng)等特性的變化。這對(duì)進(jìn)一步研究生物質(zhì)熱解與氣化，控制給料速率，強(qiáng)化傳熱，提高效率有著重要的實(shí)踐意義。

1　實(shí)驗(yàn)部分

本研究實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示，主要包括實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的流化床、供風(fēng)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及圖像采集系統(tǒng)。流化床主體采用厚度為6 mm的有機(jī)玻璃制成，床高1000 mm，為觀察床內(nèi)氣泡行為、顆粒流動(dòng)等特性，流化床采用較大的長(zhǎng)寬比，截面長(zhǎng)×寬為120 mm×32 mm。布風(fēng)板厚度6 mm，上有直徑為1mm等邊三角形排列的小孔126個(gè)，開孔率為2.6%；為防止小孔被顆粒堵塞，在布風(fēng)板上方布置1層孔徑為0.25 mm的篩網(wǎng)。本實(shí)驗(yàn)的流化風(fēng)由羅茨風(fēng)機(jī)提供，風(fēng)量由轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制，其量程分別為1～20 m3/h 和4～40 m3/h。為使氣流分布均勻，測(cè)得的壓力脈動(dòng)更加準(zhǔn)確，在風(fēng)室內(nèi)加一均風(fēng)板均勻布風(fēng)。

測(cè)壓點(diǎn)應(yīng)布置在流化床中心流態(tài)化充分發(fā)展的地方[15]，本實(shí)驗(yàn)分別布置3個(gè)高度的測(cè)壓孔來測(cè)量不同工況下的壓力脈動(dòng)信號(hào)，孔中心距布風(fēng)板分別為200，300和400 mm。床內(nèi)的壓力脈動(dòng)信號(hào)通過壓力變送器(型號(hào)為KMSSTO；量程為0～35 kPa)、USB數(shù)據(jù)采集器采集(RBH8251?13 型)，采樣頻率為100 Hz，連續(xù)采集10 s。

圖1　可視化流化床實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖Fig.1　Visual experimental system of fluidized bed

為了清晰地觀察顆?；旌狭鲃?dòng)，選用石英砂和成型的柱形生物質(zhì)顆粒作為床料，石英砂平均粒徑為0.8 mm，密度為2 650 kg/m3，柱形生物質(zhì)顆粒直徑×長(zhǎng)為10 mm×10 mm，密度約為1300 kg/m3。單組分石英砂作床料時(shí)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的臨界流化速度為0.87 m/s。為考察生物質(zhì)顆粒的添加對(duì)流化床內(nèi)壓力脈動(dòng)、氣泡行為、流動(dòng)特性的影響，本實(shí)驗(yàn)在鼓泡和騰涌階段采樣。表1所示為表觀氣速、生物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及靜止床高的具體參數(shù)。

表1　實(shí)驗(yàn)工況Table1　ExperimentalConditions

2 壓力脈動(dòng)信號(hào)分析

頻譜分析通常用來揭示時(shí)間序列的周期性特征，可以檢測(cè)系統(tǒng)隨機(jī)過程的頻繁性。功率譜密度(power spectral density，PSD)作為頻譜分析的重要分析方法之一，可以通過快速傅里葉變換[16](fast Fourier transform，F(xiàn)FT)來實(shí)現(xiàn)。在相同時(shí)間間隔?t下測(cè)得壓力脈動(dòng)時(shí)間序列x(n)，其中：n=1,2,3,…,N，N為時(shí)間長(zhǎng)度。時(shí)間序列的自相關(guān)序列為

式中：f為采樣頻率。

通過FFT得到PSD為

3 結(jié)果分析與討論

壓力脈動(dòng)信號(hào)包含了流化床內(nèi)的綜合因素，包括氣泡的產(chǎn)生、流動(dòng)、聚并和破裂以及顆粒的擾動(dòng)等，是床內(nèi)流動(dòng)的外在動(dòng)態(tài)反映。以往流化床壓力脈動(dòng)頻域分析結(jié)果表明，流化床內(nèi)壓力脈動(dòng)信號(hào)頻率較低，一般密集于30 Hz以下，而實(shí)測(cè)的壓力波動(dòng)時(shí)間序列往往包含大量高頻噪音信號(hào)，一般認(rèn)為30 Hz以上的信號(hào)為高頻噪聲信號(hào)[17]。本研究采用Butterworth 低通數(shù)字濾波方法去除30 Hz以上的高頻噪聲，并將數(shù)據(jù)歸一化處理。

在對(duì)壓力脈動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析時(shí)，得到的功率譜往往具有一個(gè)明顯的主峰值，這個(gè)主峰值對(duì)應(yīng)的頻率稱為信號(hào)的主頻，即信號(hào)主周期的倒數(shù)。另外，壓力脈動(dòng)功率譜中除存在主峰外，還會(huì)出現(xiàn)與主頻數(shù)量級(jí)相當(dāng)?shù)膶捵V信號(hào)，說明壓力波動(dòng)信號(hào)中存在多個(gè)頻率，這與布風(fēng)板的射流引起的小氣泡和顆粒的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)有關(guān)[18]。

3.1氣速與床高的影響

靜止床高(H)會(huì)影響氣泡穿過床層的時(shí)間，H增加使得氣泡經(jīng)過的路徑變長(zhǎng)，氣泡產(chǎn)生、聚并的概率增大，同時(shí)床層阻力和壓降也會(huì)增加。圖2所示為不同氣速下的壓力脈動(dòng)信號(hào)。從圖2可知：當(dāng) H=50 mm時(shí)，信號(hào)幅值較小脈動(dòng)劇烈，單從原始信號(hào)不能觀察出變化趨勢(shì)；當(dāng)H=150 mm時(shí)，壓力脈動(dòng)信號(hào)可以看出有明顯的波動(dòng)，變化趨勢(shì)明顯，并且其幅值隨著氣速的增加而增大。

圖3所示為 H=50 mm 時(shí)不同生物質(zhì)添加量下脈動(dòng)信號(hào)的PSD圖。從圖3(a)，3(d)和3(g)可見：當(dāng)H=50 mm時(shí)，單組分石英砂在不同氣速下的功率譜密度分布在相對(duì)高頻的區(qū)域并且信號(hào)的主頻不是很明顯，其主頻與寬譜區(qū)域頻率會(huì)隨著氣速的增大而降低。圖4所示為H=50 mm時(shí)不同生物質(zhì)添加量下流化床內(nèi)氣泡狀態(tài)。從圖 4(a)和圖 4(d)可以看出：此時(shí) H較低，床內(nèi)氣體射流和小氣泡的行為占主導(dǎo)作用，小氣泡還沒有聚并長(zhǎng)大就已經(jīng)到達(dá)頂部破碎。由于氣速的增加，氣泡擾動(dòng)增強(qiáng)，使得一部分氣泡發(fā)生聚并，頻率會(huì)相應(yīng)降低，但由于床高和氣泡直徑的限制，床層并沒有出現(xiàn)嚴(yán)重的不穩(wěn)定性，所以此時(shí)信號(hào)的主頻并不明顯。

圖2不同氣速下的壓力脈動(dòng)信號(hào)Fig.2Pressure fluctuation signals in difficult velocities

圖3　H=50 mm時(shí)不同生物質(zhì)添加量下脈動(dòng)信號(hào)的PSD圖Fig.3　PSD of different w at different velocities and biomass weight with H=50 mm

圖4H=50 mm時(shí)不同生物質(zhì)添加量下流化床內(nèi)氣泡狀態(tài)Fig.4Photos of different w at different velocities and biomass weight with H=50 mm

圖5所示為H=150 mm時(shí)不同生物質(zhì)添加量下脈動(dòng)信號(hào)的PSD圖。從圖5(a)，5(d)和5(g)可見：當(dāng)H=150 mm 時(shí)，單組分石英砂在不同氣速下的功率譜密度在 0～5 Hz 間會(huì)出現(xiàn)1個(gè)明顯的主頻。圖6所示為H=150 mm 時(shí)不同生物質(zhì)添加量下流化床內(nèi)氣泡狀態(tài)。在氣固兩相流中，氣泡在上升的過程中會(huì)發(fā)生聚并和長(zhǎng)大(見圖6(a))，此時(shí)大氣泡對(duì)流場(chǎng)的擾動(dòng)更為劇烈，并且壁面的存在同樣會(huì)誘導(dǎo)流場(chǎng)的波動(dòng)，H 高使氣泡形成到破碎的周期變長(zhǎng)，此低頻部分就代表大氣泡產(chǎn)生和破碎的過程。需要指出的是，對(duì)于截面小的流化床，當(dāng)初始床高足夠高，氣速足夠大時(shí)，氣泡最終會(huì)達(dá)到足以布滿這個(gè)容器界面，形成“騰涌”。當(dāng)H=150 mm，氣速v=1.74 m/s和v=2.31m/s時(shí)，功率譜的主頻非常明顯，幅值也較高，這是因?yàn)榇矁?nèi)產(chǎn)生了騰涌(見圖6(d))。本研究中主頻隨著床高增加而減小，這與FAN等[19]研究結(jié)論一致。

圖5　H=150 mm時(shí)不同生物質(zhì)添加量下脈動(dòng)信號(hào)的PSD圖Fig.5　PSD of different w at different velocities and biomass weight with H=150 mm

3.2生物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)(w)的影響

本實(shí)驗(yàn)研究不同密度、粒徑的物質(zhì)混合對(duì)流化床內(nèi)壓力脈動(dòng)信號(hào)的影響，當(dāng)生物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 26.5%時(shí)，由于生物質(zhì)和石英砂的密度、粒徑的不同，床內(nèi)會(huì)出現(xiàn)明顯的分層現(xiàn)象，此時(shí)已經(jīng)不屬于雙組分的混合流動(dòng)，所以不對(duì)此工況作分析比對(duì)。

3.2.1低靜止床高的影響

當(dāng) H=50 mm(見圖 3)、生物質(zhì)添加量較低(6.4%)時(shí)，功率譜密度分布圖中主頻和寬譜區(qū)域完全消失，PSD分布非常均勻，幾乎看不出變化。流化床內(nèi)生物質(zhì)的粒徑較石英砂大的多，大顆粒的存在使得床內(nèi)氣泡的產(chǎn)生和破裂都要相對(duì)容易。從圖 4(b)和圖 4(e)也可以看出：石英砂和生物質(zhì)的交界處很容易形成氣泡，氣泡產(chǎn)生后即脫離生物質(zhì)沿石英砂組分向上移動(dòng)，當(dāng)遇到下一個(gè)生物質(zhì)顆粒的時(shí)候便會(huì)破裂從而形成下一個(gè)氣泡；不能遇到生物質(zhì)的氣泡則以小氣泡的形式在石英砂顆粒群中流動(dòng)。靜止床高較低時(shí)氣體射流和小氣泡行為占主導(dǎo)作用，生物質(zhì)的存在使得氣泡尺寸和運(yùn)動(dòng)速度都有很大的差別，并且此時(shí)的床層比較穩(wěn)定，所以并不能觀察到明顯的頻譜特性。當(dāng)生物質(zhì)添加量高(17.8%)時(shí)，高頻寬譜區(qū)頻率隨著氣速的增加而減??；功率譜在中頻區(qū)中會(huì)出現(xiàn)一個(gè)較明顯的主頻，并且隨著氣速的增加主頻也增大。從圖 4(c)和圖 4(f)可知：此時(shí)生物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高會(huì)存在2個(gè)或多個(gè)生物質(zhì)聚合在一起的情況，當(dāng)小氣泡經(jīng)過此區(qū)域時(shí)會(huì)發(fā)生聚并形成較大的氣泡且氣泡直徑相對(duì)均勻，此時(shí)就會(huì)對(duì)顆粒產(chǎn)生較大地?cái)_動(dòng)，固體顆粒的運(yùn)動(dòng)也更加活躍；另一方面隨著氣速的增大，氣泡上升速率增加使主頻升高。

3.2.2高靜止床高的影響

從圖5可知：當(dāng)氣速較低且生物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低(6.4%)時(shí)，功率譜密度同樣表現(xiàn)為幅值減弱、頻率分布較為均勻。從圖6可知：生物質(zhì)的存在使得0～5 Hz間的主頻相對(duì)減弱，但沒有完全消失。生物質(zhì)添加后大氣泡破碎并且氣泡邊界不再明顯，這說明生物質(zhì)的存在不但有利于氣泡的形成與聚并，并且有利氣泡的破裂。原因可能是當(dāng)氣泡上升長(zhǎng)大的過程中遇到生物質(zhì)顆粒，干擾了氣泡以原本形態(tài)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，使氣泡分裂；還有可能因?yàn)闅馀菰谏仙^程中合并和長(zhǎng)大到一定程度時(shí)，由于生物質(zhì)與石英砂密度和粒徑的不同，使得氣泡上方的生物質(zhì)回落到氣泡中，在一定程度上影響了氣泡特性，使低頻信號(hào)能量減弱。

當(dāng)生物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高(17.8%)時(shí)，又會(huì)產(chǎn)生0～5 Hz 間的主頻，相對(duì)于不添加生物質(zhì)時(shí)其主頻減小。從圖 6(c)可知：此時(shí)生物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，顆粒的聚合有利于形成大氣泡，該工況H較高，氣泡有足夠的時(shí)間聚并、長(zhǎng)大。

高氣速下，PSD 頻率集中，在 0～5 Hz 間有明顯的主頻，添加生物質(zhì)后其功率譜密度并沒有明顯的變化。這是由于床內(nèi)出現(xiàn)了“騰涌”(見圖 6(d)，6(e)和6(f))，氣泡行為主要受表觀氣速和靜止床高的影響，可見在此工況時(shí)生物質(zhì)對(duì)流化狀態(tài)的影響已經(jīng)很小。

圖6　H=150 mm時(shí)不同生物質(zhì)添加量下流化床內(nèi)氣泡狀態(tài)Fig.6　Photos of bubbles at different velocities and biomass weight with H=150 mm

4 結(jié)論

1)高靜止床高時(shí)，由于大氣泡的存在，功率譜密度在0～5 Hz會(huì)出現(xiàn)明顯的主頻；低靜止床高時(shí)，主頻較高并存在高頻寬譜區(qū)域。

2)當(dāng) H=50 mm、生物質(zhì)添加量少時(shí)氣泡分布較均勻、氣泡直徑差別較大，功率譜密度主頻消失；生物質(zhì)添加量多時(shí)由于生物質(zhì)的聚合，產(chǎn)生較大的氣泡，并且氣泡直徑較均勻(～40 mm)，功率譜密度在中頻處存在明顯的主頻，并且隨著氣速的增大而增大。

3)當(dāng)H=150 mm、低氣速時(shí)生物質(zhì)的添加對(duì)壓力脈動(dòng)信號(hào)的影響較大，表現(xiàn)為低生物質(zhì)添加量下功率譜頻率分布較均勻、幅值減??；高氣速下生物質(zhì)的添加對(duì)壓力脈動(dòng)信號(hào)幾乎沒有影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]KUNII D,LEVENSPIEL O.Fluidization engineering[M].2nd ed.Portsmouth,UK: Butterworth-Heinemann,1991:1?7.

[2]CLARKE K L,PUGSLEY T,HILL G.Fluidization of moist sawdust in binary particle systems in a gas?solid fluidized bed[J].Chemical Engineering Science,2005,60(24): 6909?6918.

[3]車德勇,李健,李少華,等.生物質(zhì)摻混比例對(duì)煤氣化特性影響的試驗(yàn)研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2013,33(5): 35?40.CHE Deyong,LI Jian,LI Shaohua,et al.Experimental investigation of effect of biomass blending ratio onCoal gasificationCharacteristics[J].Proceedings of theCSEE,2013,33(5): 35?40.

[4]SHAO Yingjuan,REN Bing,JIN Baoseng,et al.Experimental flow behaviors of irregular particles with silica sand in solid waste fluidized bed[J].Powder Technology,2013,234(1): 67?75.

[5]ZHANG Yong,JIN Baoseng,ZHONG Wenqi.Experimental investigation on mixing and segregation behavior of biomass particle in fluidized bed[J].Chemical Engineering and Processing Process Intensification,2009,48(3): 745?754.

[6]UTIKAR R P,RANADE V V.Experiments andCFD simulations with glass and polypropylene particles[J].Chemical Engineering Science,2007,62(1/2):167?183.

[7]SCHOUTEN JC,VAN DEN BLEEKC M.Monitoring the quality of fluidization using the short-term predictability of pressure fluctuations[J].American Institute ofChemical Engineers,1998,44(1): 48?60.

[8]CHUN Z Y,YU F D,HAI T H,et al.Pressure fluctuation analysis of solid exchange in a dual-leg fluidized bed[J].Powder Technology,2012,224(1): 69?75.

[9]LEE G S,KIM S D.Pressure fluctuations in turbulent fluidized beds[J].Journal ofChemical Engineering of Japan,1988,21(5): 515?521.

[10]FELIPEC A S,ROCHA SC S.Time series analysis of pressure fluctuation in gas–solid fluidized beds[J].Brazilian Journal ofChemical Engineering,2004,21(3): 497?507.

[11]PUNCOCHAR M,DRAHOS J,CERMAK J,et al.Evaluation of minimum fluidizing velocity in gas fluidized bed from pressure fluctuations[J].Chemical EngineeringCommunications,1985,35(1): 81?87.

[12]PRARISE M R,KURKA P R G,TARANTO O P.The Gaussian spectral pressure distribution applied to a fluidized bed[J].Chemical Engineering and Processing: Process Intensification,2009,48(1):120?125.

[13]JAIBOON O,CHALEMSINSUWAN B,MEKASUT L,et al.Effect of flow pattern on power spectral density of pressure fluctuation in various fluidization regimes[J].Powder Technology,2013,233(2): 215?226.

[14]LIU Mengxi,ZHANG Yongmin,HSIAOTAO B,et al.Non-intrusive determination of bubble size in a gas–solid fluidized bed: an evaluation[J].Chemical Engineering Science,2010,65(11): 3485?3493.

[15]ALBERTOC,FELIPE S,ROCHAC S.Time series analysis of pressure fluctuation gas-solid fluidized beds[J].Chemical Engineering Research and Design,2004,3(21): 497?507.

[16]COOLEY J W,TUKEY J W.An algorithm for the machineCalculation ofComplex Fourier series[J].Mathematics ofComputation,1965,19(19): 297?301.

[17]趙貴兵,陳紀(jì)忠,陽永榮.流化床壓力脈動(dòng)信號(hào)實(shí)驗(yàn)延遲相關(guān)性[J].化工學(xué)報(bào),2002,53(12):128?1284.ZHAO Guibing,CHEN Jizhong,YANG Yongrong.Delay timeCorrelation of time of pressure fluctuations in bubbling fluidized bed[J].Journal ofChemical Industry and Engineering,2001,12(53):1281?1287.

[18]YASHIMA M,MASSAR R,FAN L T,et al.Stochastic modeling of pressure fluctuations in a three-phase fluidized bed[J].American Institute ofChemical Engineers,1992,38(4): 629?634.

[19]FAN L T,THO-CHING H,HIRAOKA W,et al.Pressure fluctuations in a fluidized bed[J].American Institute ofChemical Engineers,1981,27(3): 388?396.

(編輯 羅金花)

Frequency spectrumCharacteristics of pressure fluctuation in fluidized bed with biomass particles and quartz sands

WANG Xiaoyi,ZHONG Zhaoping,WANG Zeyu,ZHAO Kai
(Key Laboratory of Energy ThermalConversion andControl of the Ministry of Education,School of Energy and Environment,Southeast University,Nanjing 210096,China)

Abstract:To research the influences of fluidCharacters on fluidized bed added biomass particles,the pressure fluctuation spectrum behaviors at different static bed heights and biomass weight were investigated in a rectangular fluidized bed.The quartz sands with the diameter of 0.8 mm andCylinder-shaped biomass particles with both of the diameter and length of10 mm were adopted as bed materials.The results show that power spectral density has an obviously main frequency between 0?5 Hz when the static bed height is high and without biomass particles.The main frequency of the power spectral density disappearsCompletely,when the static bed height is low and a small amount of biomass is added.But an obvious main frequency occurs when a large amount of biomass is added.When the static bed height is high,the biomass particles influence the flow of gas only at a low superficial gas velocity.

Key words:fluidized bed? biomass particles? mixed flow? pressure fluctuation? power spectral density

中圖分類號(hào)：TQ051

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672?7207(2016)01?0279?07

DOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2016.01.038

收稿日期：2014?12?29；修回日期：2015?03?01

基金項(xiàng)目(Foundation item)：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51276040,U1361115)(Projects(51276040,U1361115)supported by the National Natural Science Foundation ofChina)

通信作者：仲兆平，教授，博士生導(dǎo)師，從事生物質(zhì)熱解研究；E-mail: zzhong@seu.edu.cn