催化裂化是炼油工业中重要的二次加工过程,在我国石油加工业中占有举足轻重的地位,提供了国内市场70%以上的汽油和约30%的柴油产品。在现代催化裂化装置中,裂化反应主要发生在提升管反应器内,高价值的目标产品:汽油、柴油、液化气等都是在提升管内获得的。提升管内原料油和催化剂的流动、分布将会直接影响到整个反应的进程,然而实际情况却与理想的气固均匀接触并不相同。催化剂颗粒浓度在提升管近壁区域较高,在中心区域颗粒浓度较低,呈环-核结构分布;即在靠近边壁处,气相体积分率较小,而在中心区域气相体积分率较大。这种沿提升管截面催化剂颗粒和气体的不均匀分布,无疑造成在提升管内两相接触不均、影响了反应的进行。多年来,针对这种环-核结构形成的原因,却简单归咎于边界层内速度梯度的影响。但是,边界层如何影响两相浓度分布?速度梯度与浓度梯度之间的具体关系?却始终未有一个定量的描述。本文将空气动力学的理论和场论“移植”到两相流中,引入一个横向力:Kutta-Joukowski横向力来解释、量化提升管内环核结构形成的原因。本文采用理论分析结合实验研究的方法,首先采用PV-6A型颗粒速度-密度光纤测量仪,通过大型冷模实验装置考察了提升管内局部颗粒浓度、局部颗粒速度的分布。通过理论分析给出了提升管内局部Kutta-Joukowski横向力的计算方法,该力是颗粒速度的旋度(并非旋转,而是速度梯度的函数)、两相滑落速度和气相密度的函数。结合实验数据和目前公开发表文献中提升管内流动特性的实验数据,本文给出了Kutta-Joukowski横向力在提升管内的分布特征,并分析操作条件对Kutta-Joukowski横向力分布特性的影响。结果表明,局部Kutta-Joukowski横向力是提升管内颗粒浓度沿径向分布呈现边壁高、中间低的“环-核结构”的主要原因,其作用方向指向提升管边壁,主要受颗粒特性、颗粒循环强度、表观气速、轴径向位置影响。在此基础上,确定了提升管内与颗粒群局部Kutta-Joukowski横向力相平衡的浓度梯度力,并建立了二者之间的定量关联式。