液固循环流化床分离系统具有处理流量较大,传质速度快,轴向返混小,且下行床吸附和上行床解吸可同时进行等优点。但是,固体颗粒在流化状态下常常自发地聚集成几个颗粒直径大小的颗粒团而运动,降低了实际操作中的分离效率。颗粒的这种类似于单相湍流的结构的自组织团聚行为,称为自组织结构或相干结构。国内外对于流化床内的颗粒团聚研究在气固方面较多;在液固方面,主要研究了表观液速、液体粘度、颗粒密度、颗粒尺寸等对颗粒团聚的影响;但是研究范围大多限于液固膨胀床,如:Wilhelm和Kwauk用水流化密度很大的铅粒,发现了床层中颗粒的聚式流化行为;Fan对二维液固膨胀床中的玻璃珠和尼龙颗粒的团聚和破碎分析;邱欧通过考察液体粘度对颗粒团聚的影响提出了最佳粘度模型等。在液固循环流态化领域:梁五更通过对上行床中的轴径向颗粒固含率的研究建立了上行床环核模型;Lan考察了上行床中的离子交换树脂颗粒的轴向固含率分布。由于液固循环流态化中颗粒团聚结构方面,国内外研究较少,因此本文对液固循环流化床内部的固体颗粒流动和团聚行为的影响因素进行了较为全面地研究。本文应用CCD图像采集和处理系统对液固循环流化床上行床中颗粒流动结构进行研究,考察了不同颗粒尺寸、密度,流体的粘度,主、辅水流对颗粒团聚的影响。研究结果表明,液固循环流化床中主要以二、三重颗粒团居多,大颗粒团较少且多为带状或线型结构,形状不规则的大颗粒团不能较稳定地存在。分形维数作为描述非线性系统中自相似性的一个特征参数,在很大程度上可以表征颗粒的团聚程度和分布状况。通过实验发现:颗粒团数目和分形维数随着颗粒尺寸的增加而减小,随着颗粒密度,液体粘度的增加而增加;但是,随着主、辅水流液速的增加其呈先增大后减小的趋势。本文通过对床层分形维数的研究,建立了考察颗粒团聚多因素的模型。在模型中,给出了循环流化床上行床中心流区域半径的计算方法,并以分形理论为基础,参考段一然的气泡分形假说,利用Cantor分形集,对液固循环流化床内颗粒团聚结构进行了重构。模型模拟了颗粒密度、尺寸、流体的密度、粘度等条件的影响,通过验证发现实验结果与模型较为吻合。