芳烴氨氧化雙分布器流化床動(dòng)態(tài)特性研究II. 雙分布器影響區(qū)的壓力波動(dòng)規(guī)律

李勇征，徐 俊，鐘思青，顧龍勤，楊為民

中國(guó)石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，綠色化工與工業(yè)催化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201208

流化床反應(yīng)器具有氣固接觸效果好、傳熱傳質(zhì)速率高、床層溫度分布均勻和易于控溫等優(yōu)點(diǎn)[1-2]，已被廣泛地應(yīng)用于煤氣化[3]、流化催化裂化[4]、費(fèi)托合成[5]和甲醇制低碳烯烴[6-7]等化工生產(chǎn)過(guò)程中。其中，在某些氣體原料組分較多的特定反應(yīng)過(guò)程中，進(jìn)料往往需要通過(guò)兩個(gè)或兩個(gè)以上的分布器聯(lián)合操作來(lái)實(shí)現(xiàn)[8]，例如丙烯氨氧化制丙烯腈、芳烴氨氧化制芳腈等。以間二甲苯氣相氨氧化制間苯二甲腈反應(yīng)為例，通常，空氣經(jīng)底部的分布器自下而上均勻地進(jìn)入流化床反應(yīng)器，間二甲苯和氨由上分布器噴射進(jìn)入，三者在反應(yīng)器中與固體催化劑相接觸、混合并發(fā)生反應(yīng)。在實(shí)際生產(chǎn)中，三股原料氣和催化劑之間的均勻混合對(duì)反應(yīng)效果至關(guān)重要，否則會(huì)引起諸如徑向溫差、催化劑壽命下降以及副反應(yīng)加劇等不良現(xiàn)象的發(fā)生。然而，由于雙分布器的聯(lián)合操作，加劇了顆粒-氣體之間強(qiáng)烈的非線性相互作用，使得反應(yīng)器內(nèi)的氣固兩相流動(dòng)規(guī)律更加復(fù)雜，這給相關(guān)流化床的設(shè)計(jì)和放大工作帶來(lái)了諸多困難。因此，深入研究雙分布器流化床內(nèi)的氣固兩相流動(dòng)特性對(duì)合理的工業(yè)設(shè)計(jì)以及新型高效流化床反應(yīng)器的開(kāi)發(fā)具有重要意義。

流化床內(nèi)的流動(dòng)行為非常復(fù)雜，以往針對(duì)氣固兩相流的研究主要集中于時(shí)均壓力、濃度和速度分布等[9-14]，但這些宏觀流動(dòng)特性尚不足以清晰地反映氣固兩相間的相互作用以及流態(tài)強(qiáng)烈的瞬變性。壓力信號(hào)的波動(dòng)特性是顆粒物性、流化床幾何結(jié)構(gòu)以及氣泡特性等多種因素的綜合動(dòng)態(tài)反映，可以對(duì)流化床內(nèi)局部和瞬時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)給出精確的描述，已被廣泛地應(yīng)用于氣固兩相研究中[15-19]。

在已有的芳烴氨氧化流化床反應(yīng)器壓力波動(dòng)研究[20]的基礎(chǔ)上，本研究利用多通道壓力測(cè)量?jī)x，進(jìn)一步考察了表觀氣速（Ug）、靜床高（H0）、雙分布器進(jìn)氣流量比（Q1:Q2）以及雙分布器間距（ΔH）等因素對(duì)床層壓力分布和局部壓力波動(dòng)的影響。通過(guò)對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)行時(shí)域和頻域上的分析，明確了雙分布器流化床中，尤其是雙分布器影響區(qū)壓力波動(dòng)的內(nèi)在變化規(guī)律，為相關(guān)流化床反應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及裝置大型化提供有力支撐。

1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

1.1 雙分布器流化床冷模實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

配備有上、下兩個(gè)氣體分布器的流化床冷模實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖1 所示，詳見(jiàn)文獻(xiàn)[20]。為了便于觀察，流化床主體由透明有機(jī)玻璃制成，主要部件包括進(jìn)氣管、下分布器、上分布器和流化床反應(yīng)器等。下分布器為多孔板式氣體分布器，開(kāi)孔率為5.6‰；上分布器為枝狀氣體分布器，開(kāi)孔率為1.2‰。實(shí)驗(yàn)中，下分布器安裝于流化床底部進(jìn)氣管上方0.1 m處；上分布器安裝于下分布器上方0.3 m或0.5 m處。

圖1 雙分布器流化床冷模裝置示意Fig.1 Schematic diagram of fluidized bed cold mold unit with two distributors

1.2 流化介質(zhì)

實(shí)驗(yàn)所用流化氣體為壓縮空氣，由螺桿壓縮機(jī)提供。流化固體為上海石油化工研究院開(kāi)發(fā)的NC-IV 芳腈催化劑，堆積密度約980 kg/m3，平均粒徑約72.68 μm，利用Mastersizer 3000 型激光粒度分析儀測(cè)得的粒徑分布如圖2 所示。床層初始裝填高度（靜床高）分別為0.5，0.75 和1.0 m。

圖2 流化固體粒徑分布Fig.2 Particle size distribution of fluidized solids

1.3 測(cè)量方法

利用多通道壓力測(cè)量?jī)x對(duì)床層局部壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。通過(guò)引壓管將壓力信號(hào)由設(shè)置在裝置不同軸向位置（以板式分布器所在平面為基準(zhǔn)面H=0.00 m）的測(cè)量孔處引出，其伸入床層的一端覆蓋絲網(wǎng)以防止微小顆粒進(jìn)入，另一端與多通道壓力測(cè)量?jī)x相連。引壓管可沿床層徑向自由伸縮，測(cè)量前端可置于任何徑向位置（r/R=0～0.99）進(jìn)行壓力信號(hào)的采集。實(shí)驗(yàn)中，采樣頻率設(shè)置為200 Hz，單次采樣30 s，每個(gè)測(cè)量點(diǎn)重復(fù)測(cè)量數(shù)次以保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

壓力信號(hào)中包含著氣固兩相流動(dòng)的大量信息，可以通過(guò)對(duì)動(dòng)態(tài)信號(hào)的分析來(lái)認(rèn)識(shí)流化床內(nèi)氣固兩相的流動(dòng)特性以及相間相互作用。本實(shí)驗(yàn)采用的信號(hào)處理方法主要包括：標(biāo)準(zhǔn)偏差分析和功率譜分析。

1.4.1 標(biāo)準(zhǔn)偏差分析[15,21]

壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差是流化床動(dòng)態(tài)特性分析的常用方法，它與流化床中氣泡的大小和行為密切相關(guān)，可用于確定流態(tài)化質(zhì)量[22]以及從鼓泡流態(tài)化到湍流流態(tài)化的過(guò)渡速度[23]等。本研究采用標(biāo)準(zhǔn)偏差（SD）來(lái)表征壓力脈動(dòng)的強(qiáng)度，將任意時(shí)刻的瞬態(tài)壓力（Pi）分解為平均值（）與波動(dòng)值（P’）之和。

任意測(cè)量點(diǎn)的壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差可表示為：

1.4.2 功率譜分析[24-26]

功率譜圖像可用于表征壓力信號(hào)的能量在頻域上的分布。譜分布的對(duì)象是離散信號(hào)，采用快速Fourier 變換（FFT）可以減少頻域分析的計(jì)算量，是壓力信號(hào)分析與處理的有力工具。功率譜密度（PSD）函數(shù)用公式可表達(dá)為：

2 結(jié)果與討論

對(duì)于一個(gè)給定的氣固流態(tài)化系統(tǒng)，表觀氣速和靜床高等通常是影響其流體力學(xué)行為的主要操作變量。

2.1 表觀氣速的影響

圖3（a）為不同表觀氣速對(duì)床層截面平均壓力的影響。由圖3（a）可知，不同表觀氣速下（H0=1.0 m，Q1:Q2=2:9，ΔH=0.5 m）的床層壓力軸向分布曲線趨勢(shì)相同，在床層底部的密相區(qū)壓力沿軸向迅速降低；在上部的稀相區(qū)壓力保持相對(duì)穩(wěn)定，沿軸向無(wú)明顯變化。但隨著床層表觀氣速的增大，床層各軸向高度上的截面平均壓力有所增加，出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因主要是流化床頂部出口分離設(shè)備的壓降增大，引起反應(yīng)器內(nèi)的壓力整體上升。

圖3 表觀氣速對(duì)截面平均壓力（a）和壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差（b）軸向分布的影響Fig.3 Effect of superficial gas velocity on the axial profiles of cross-sectional averaged pressure (a) and pressure standard deviation (b)H0=1.0 m, Q1:Q2=2:9, ΔH=0.5 m

圖3（b）為壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差隨表觀氣速的變化。由圖3（b）可知，隨表觀氣速增大，壓力波動(dòng)幅度明顯增加。在低氣速下，如Ug為0.2 m/s 時(shí)，由于床層中生成的氣泡量較少，所引起的壓力波動(dòng)程度有限；表觀氣速較高時(shí)，床層中生成的氣泡數(shù)量有所增多，氣泡聚并、破碎和上升等現(xiàn)象促使固體顆粒運(yùn)動(dòng)加劇，導(dǎo)致壓力波動(dòng)增強(qiáng)，表現(xiàn)為壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差的增大。尤其是在流化床底部密相區(qū)，上述現(xiàn)象尤為明顯，Xiang 等[27]在研究中也發(fā)現(xiàn)了類(lèi)似的規(guī)律。而在流化床上部的稀相區(qū)，由于固體顆粒濃度小，氣固兩相充分接觸，流動(dòng)形態(tài)受到表觀氣速的影響不大，壓力波動(dòng)的變化相對(duì)較弱。

圖4 為氣速對(duì)床層壓力波動(dòng)功率譜密度的影響。由圖4 可知，隨表觀氣速增加（H0=1.0 m，Q1:Q2=2:9，ΔH=0.5 m，r/R=0），流化床底部（H=0.15 m）信號(hào)的主頻略有減小。氣速增大，床層底部板式分布器附近生成氣泡的數(shù)量及尺度增加，氣泡合并的幾率增高，大氣泡的生成導(dǎo)致床層壓力波動(dòng)主頻降低，該規(guī)律與郭慶杰等[28]的研究結(jié)論相一致。此外，表觀氣速對(duì)主頻對(duì)應(yīng)的功率譜密度值影響顯著[29]。較大氣泡的產(chǎn)生和運(yùn)動(dòng)使床內(nèi)壓力波動(dòng)更加劇烈，壓力波動(dòng)的幅值增大，低頻波動(dòng)（包括主頻）的能量明顯增強(qiáng)。雖然，高頻信號(hào)能量對(duì)應(yīng)的振幅也有所增大，但其變化與主頻附近的低頻波動(dòng)相比顯得微乎其微。

圖4 表觀氣速對(duì)床層壓力波動(dòng)功率譜密度的影響Fig.4 Effect of superficial gas velocity on power spectral density of bed pressure fluctuation H0=1.0 m, Q1:Q2=2:9, ΔH=0.5m, r/R=0

2.2 靜床高的影響

圖5 為不同靜床高時(shí)（Ug=0.4 m/s，Q1:Q2=2:9，ΔH=0.5 m），截面平均壓力/壓降和壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差的軸向分布。如圖5（a）所示，在流化床底部的密相區(qū)，相同表觀氣速下，靜床高越高，相同軸向截面上的壓力平均值越大。隨著靜床高的增加，測(cè)量平面上方的催化劑床層更高，需要更多的能量推動(dòng)顆粒的運(yùn)動(dòng)，床層壓降（ΔP，P-P0）也相應(yīng)越大。由圖5（b）中可以看出，靜床高越高，壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差值越大。這是由于相較于淺床層，初始床層較高時(shí)易生成尺寸相對(duì)較大的氣泡，促使床層壓力波動(dòng)強(qiáng)度有所增加。此外，H0=0.50 m 時(shí)，壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差沿軸向經(jīng)較短暫的發(fā)展后即趨于穩(wěn)定。這主要是因?yàn)榕蛎浐蟮拇矊痈叨纫廊惠^矮，氣泡在床層中甚至來(lái)不及充分發(fā)展就溢出了床層表面，因此在較低的高度就出現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)偏差的最大值。隨著靜床高的增大，床層底部所生成的氣泡向上運(yùn)動(dòng)所需穿越的床層距離增長(zhǎng)，小氣泡經(jīng)歷生成、聚并、生長(zhǎng)和破碎等完整的過(guò)程，壓力波動(dòng)表現(xiàn)出“增大-減小-增大-減小-穩(wěn)定”的發(fā)展趨勢(shì)[20]，壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差沿床層軸向大致可視為“S”型分布。

圖5 靜床高對(duì)床層壓力/壓降（a）和壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差（b）軸向分布的影響Fig.5 Effect of initial bed height on the axial profiles of bed pressure/pressure drop (a) and pressure standard deviation (b)Ug=0.4 m/s, Q1:Q2=2:9, ΔH=0.5 m

圖6 為不同靜床高時(shí)（Ug=0.5 m/s，Q1:Q2=2:9，ΔH=0.5 m，r/R=0），床層壓力波動(dòng)的功率譜密度譜圖。由圖可知，在床層底部H為0.15 m 處，H0為0.5 m 時(shí)，壓力波動(dòng)的主頻約為4 Hz；當(dāng)靜床高增加到1.00 m，主頻減小至約2.5 Hz，說(shuō)明主頻變化與靜床高的變化呈相反趨勢(shì)。這主要是因?yàn)镠為0.15 m 處于分布板影響區(qū)，該區(qū)域的壓力波動(dòng)受分布板氣泡生成的影響顯著。超過(guò)初始流化氣速以后，多余的氣體將以氣泡的形式通過(guò)底部密相段[30]。隨著靜床高增大，床層阻力增加，流化床底部所生成的氣泡尺度有變大的趨勢(shì)，在保持床層氣速不變的情況下，生成氣泡的數(shù)量減少，相應(yīng)的壓力波動(dòng)的主頻有所降低。此外，功率譜密度振幅的變化趨勢(shì)與靜床高相一致，即隨著靜床高增大，功率譜密度幅值顯著升高。這可能是由于靜床高增大，生成的氣泡尺寸增大，加強(qiáng)了床層波動(dòng)所引起的。

圖6 靜床高對(duì)床層壓力波動(dòng)功率譜密度的影響Fig.6 Effect of initial bed height on power spectral density of bed pressure fluctuation Ug=0.5 m/s, Q1:Q2=2:9, ΔH=0.5 m, r/R=0

2.3 上下分布器進(jìn)氣流量比的影響

保持床層整體表觀氣速不變（Ug=0.4 m/s，H0=1.0 m，ΔH=0.5 m），調(diào)整上下分布器的進(jìn)氣流量比，床層壓力的軸、徑向分布如圖7 所示。由圖7 可知，上下分布器的進(jìn)氣比例為1:8～1:3 時(shí)，壓力的軸向、徑向分布并無(wú)明顯的變化。但床層壓力波動(dòng)受進(jìn)氣比例的影響較為顯著，如圖8（a）所示，受進(jìn)氣比例影響較大的區(qū)域主要處于底部密相區(qū)，即上下分布器之間和上分布器上方鄰近區(qū)域（簡(jiǎn)稱(chēng)雙分布器影響區(qū)）。以靜床高為1.0 m 為例，隨著上分布器進(jìn)氣量的增大，雙分布器影響區(qū)的平均壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差值逐漸減小。這是由于經(jīng)底部板式氣體分布器進(jìn)入催化劑床層的氣體量減少，氣泡的生成以及對(duì)床層底部造成的擾動(dòng)相對(duì)減弱，該現(xiàn)象類(lèi)似于圖3（b）中表觀氣速降低的情況。在靠近上分布器的區(qū)域，雖然上分布器進(jìn)氣量的增大，會(huì)引起氣泡生成和床層波動(dòng)加劇，但該作用仍無(wú)法抵消下分布器進(jìn)氣量減小所帶來(lái)的影響。此外，由下分布器生成并沿軸向逐漸發(fā)展的氣泡在上分布器更強(qiáng)的氣體噴射作用下加速破碎，形成眾多尺寸均勻的小氣泡，使得床層壓力波動(dòng)幅值有所減小。因此，在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，雙分布器影響區(qū)的壓力波動(dòng)強(qiáng)度始終隨上下分布器進(jìn)氣流量比的增大而逐漸減小。圖8（b）中局部壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差的徑向分布也隨Q1/Q2增大，具有類(lèi)似的變化趨勢(shì)。

圖7 雙分布器進(jìn)氣流量比對(duì)截面平均壓力軸向分布（a）和局部壓力徑向分布（b）的影響Fig.7 Effect of gas flow ratio on axial profiles of cross-sectional averaged pressure (a) and radial profiles of local pressure (b)Ug=0.4 m/s，H0=1.0 m，ΔH=0.5 m

圖8 雙分布器進(jìn)氣流量比對(duì)截面平均壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差軸向分布（a）和局部壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差徑向分布（b）的影響Fig.8 Effect of gas flow ratio on axial profiles of cross-sectional averaged pressure standard deviation (a) and radial profiles of local pressure standard deviation (b)Ug=0.4 m/s, ΔH=0.5 m

沿軸向上升，在雙分布器影響區(qū)上方，床層中的氣量為上下分布器進(jìn)氣量之和，即無(wú)論上下分布器的進(jìn)氣流量如何分配，床層中表觀氣速均達(dá)到0.4 m/s。再加上該區(qū)域的床層顆粒濃度較低，壓力波動(dòng)主要以氣體自身脈動(dòng)為主，上下分布器進(jìn)氣流量比的變化對(duì)該處的壓力波動(dòng)影響不大，壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差數(shù)值相差無(wú)幾。

圖9 為上下分布器進(jìn)氣流量比對(duì)床層壓力波動(dòng)功率譜密度的影響。如圖9 所示（Ug=0.4 m/s，H0=1.00 m，ΔH=0.5 m，r/R=0），上下分布器進(jìn)氣流量比變化帶來(lái)的影響主要體現(xiàn)在流化床底部的密相區(qū)。以H為0.15 m平面的功率譜為例，隨著下分布器進(jìn)氣分量的減小，壓力波動(dòng)的主頻并沒(méi)有太大的變化；但是功率譜密度的振幅有較明顯的減小，即底部進(jìn)氣的減少使密相區(qū)的壓力波動(dòng)有所減弱。

圖9 雙分布器進(jìn)氣流量比對(duì)床層壓力波動(dòng)功率譜密度的影響Fig.9 Effect of gas flow ratio on power spectral density of bed pressure fluctuation Ug=0.4 m/s, H0=1.00 m, ΔH=0.5 m, r/R=0

2.4 雙分布器間距的影響

相同表觀氣速和靜床高條件下，上下分布器間距對(duì)床層壓力分布的影響不大，分布器間距對(duì)雙分布器影響區(qū)壓力波動(dòng)的影響結(jié)果見(jiàn)圖10。

圖10 分布器間距對(duì)局部壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差的影響Fig.10 Effect of distributor spacing on local pressure standard deviation Ug=0.4 m/s, H0=0.75 m, Q1:Q2=2:9

如圖10（a）所示（Ug=0.4 m/s，H0=0.75 m，Q1:Q2=2:9），分布器間距較小時(shí)（ΔH=0.3 m），兩分布器間（H為0.05～0.25 m）的局部壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差值普遍大于間距為0.5 m 時(shí)。這主要是因?yàn)樵贖＜0.3 m區(qū)域內(nèi)，相比ΔH為0.5 m 的流化床（Q≈Q1），ΔH為0.3 m 時(shí)引入了更多的氣體（Q≈Q1+Q2），生成的氣泡數(shù)量更多，氣泡運(yùn)動(dòng)對(duì)催化劑床層的擾動(dòng)相對(duì)ΔH為0.5 m 時(shí)更為劇烈。在H≥0.45 區(qū)域，上述大小關(guān)系發(fā)生變化。由于ΔH為0.5 m 時(shí)，在H為0.5 m 處有氣體引入，且上分布器的噴嘴方向是傾斜向下的，噴嘴的射流勢(shì)必加劇H為0.45 m處的床層壓力波動(dòng)。由上分布器引入的氣體生成的氣泡，經(jīng)生長(zhǎng)、聚并（包括和從流化床底部上升到此處的氣泡）形成相對(duì)較大的氣泡，在繼續(xù)上升的過(guò)程中對(duì)上分布板上方一定范圍區(qū)域的壓力波動(dòng)造成影響。因此，在H＞0.45 m 的床層，ΔH為0.5 m 時(shí)的壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差要明顯大于ΔH為0.3 m 的情況。類(lèi)似的，由分布器間距對(duì)功率譜密度的影響（圖11，Ug=0.4 m/s，H0=1.0 m，Q1:Q2=2:9，r/R=0.54）可以看出，在H≤0.25 m，ΔH為0.3 m 時(shí)壓力波動(dòng)主頻的功率譜密度大于ΔH為0.5 m 時(shí)；當(dāng)H≥0.45 m，ΔH為0.5 m 時(shí)的主頻相對(duì)能量更高。

圖11 分布器間距對(duì)床層壓力波動(dòng)功率譜密度的影響Fig.11 Effect of distributor spacing on power spectral density of bed pressure fluctuation Ug=0.4 m/s, H0=1.0 m, Q1:Q2=2:9, r/R=0.54

圖10（b）對(duì)比了ΔH為0.3 m 和0.5 m 時(shí)，上分布器上、下相同距離位置處的壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差。同樣在上分布器下方0.05 m 處（ΔH=0.3 m 對(duì)應(yīng)H=0.25 m，ΔH=0.5 m 對(duì)應(yīng)H=0.45 m），ΔH=0.5 m 床層中的壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差值更大。除去兩者均存在的上分布器進(jìn)氣的影響，造成該現(xiàn)象的原因還可能是ΔH為0.5 m 時(shí)，氣泡上升的過(guò)程中已歷經(jīng)聚并、生長(zhǎng)等過(guò)程，氣泡尺寸有所增加，其運(yùn)動(dòng)對(duì)H為0.45 m 處的催化劑床層造成較大的擾動(dòng)。而ΔH為0.3 m 條件下，底部生成的氣泡還沒(méi)來(lái)得及長(zhǎng)大就上升到H為0.25 m 平面，雖然有上分布器進(jìn)氣的作用，但對(duì)床層壓力的影響依然較ΔH為0.5 m、H為0.45 m情況下弱得多。在分布器上方0.15 m 處（ΔH=0.3 m 對(duì)應(yīng)H=0.45 m，ΔH=0.5 m 對(duì)應(yīng)H=0.65 m），ΔH為0.3 m 情況下的壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差較高。H為0.45 m 處于床層中較深的位置，由圖可知，靜床高為0.75 m情況下，無(wú)論ΔH為0.3 m 或0.5 m，該截面處的壓力波動(dòng)均很明顯，這與氣泡沿軸向的發(fā)展規(guī)律以及氣泡直徑是密切相關(guān)的。而H為0.65 m 已經(jīng)接近床層表面，氣泡已有逐漸破碎的趨勢(shì)，形成更多尺寸更小的氣泡，床層壓力的波動(dòng)變小。此外，有研究表明[27]，床層表面的振蕩會(huì)對(duì)床層表面以下足夠遠(yuǎn)處（如圖中H為0.45 m 的平面）的壓力振蕩產(chǎn)生影響，這也可能是造成H為0.65 m 處雖靠近床層料面振蕩區(qū)域，但其壓力波動(dòng)的強(qiáng)度依然不及H為0.45 m 處的另一種原因。

3 結(jié) 論

利用多通道壓力測(cè)量?jī)x對(duì)雙分布器流化床冷模裝置內(nèi)的流體力學(xué)行為進(jìn)行研究?？疾炝吮碛^氣速、靜床高、上下分布器進(jìn)氣流量比以及雙分布器間距對(duì)床層壓力分布和壓力波動(dòng)特性的影響。得到如下結(jié)論：

a）隨著表觀氣速的增加，床層截面平均壓力有所增大，壓力波動(dòng)有所增強(qiáng)，尤其是流化床底部密相區(qū)壓力波動(dòng)幅度隨氣速變化尤其敏感。功率譜密度分析表明，隨氣速增大，壓力信號(hào)主頻略有減小，低頻波動(dòng)能量明顯增強(qiáng)。

b）相同表觀氣速下，靜床高越高，截面平均壓力和壓力波動(dòng)強(qiáng)度越大。床層太淺，生成的氣泡未經(jīng)完全發(fā)展就穿越料面進(jìn)入氣固分離區(qū)，壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差軸向分布較為平緩；隨著靜床高的增加，氣泡在催化劑床層中經(jīng)歷完整的發(fā)展過(guò)程，壓力波動(dòng)軸向分布呈現(xiàn)“增大-減小-增大-減小-穩(wěn)定”的發(fā)展規(guī)律。壓力波動(dòng)主頻大小與靜床高呈現(xiàn)相反的變化趨勢(shì)，而功率譜密度振幅與靜床高變化相一致，即靜床高增加，波動(dòng)主頻減小，功率譜密度幅值增大。

c）相同床層表觀氣速下，上下分布器進(jìn)氣流量比的變化對(duì)床層壓力波動(dòng)有較明顯的影響。隨著上分布器進(jìn)氣量的增大，雙分布器影響區(qū)的平均壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差值逐漸減小，床層壓力波動(dòng)減弱；在雙分布器影響區(qū)上方，由于床層表觀氣速為上下分布器氣速的總和，因此無(wú)論進(jìn)氣量如何分配，壓力波動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)偏差值均無(wú)明顯改變。雙分布器進(jìn)氣流量比對(duì)壓力波動(dòng)主頻影響微弱，但隨著上分布器進(jìn)氣量的增加，主頻所對(duì)應(yīng)的相對(duì)能量強(qiáng)度明顯減弱。

d）分布器間距對(duì)雙分布器影響區(qū)的壓力波動(dòng)分布影響顯著。當(dāng)ΔH=0.3 m 時(shí)，雙分布器間（H=0.05～0.25 m）的局部壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差值普遍大于間距為0.5 m 的情況，而在H＞0.45 m 的區(qū)域，ΔH=0.5 m 時(shí)的壓力波動(dòng)更強(qiáng)，這是由氣泡生長(zhǎng)規(guī)律和氣泡尺寸等所共同決定的。

符號(hào)說(shuō)明