循环流化床内固相颗粒运动特性的研究对于揭示床内气固两相流机理具有重要意义。由于高速摄像技术具有直观、对流场不产生干扰等优点,使得这一技术在研究循环流化床气固两相流动方面得到较为广泛的应用。 本文利用高帧频的高速摄像和绿光激光对冷态循环流化床内气固两相流中的颗粒运动特性进行了实验研究,主要包括三部分内容:循环流化床内部颗粒团的运动、颗粒旋转以及颗粒碰撞。 首先研究了气固两相流中的颗粒团聚行为,分析了不同工况下不同截面处颗粒团的形状、大小和运动过程。颗粒团形状多样、大小不一,本文分析了颗粒团的最大值尺寸。研究发现:在实验研究范围内,床内参数的改变对颗粒团的形状大小、存在时间影响不是很大。分析拍摄图像,获得了颗粒团的整体运动速度,并且从实验中得到在贴壁处下落颗粒团的速度基本保持不变。在本文研究的范围内得到颗粒团的存在时间一般在10ms-200ms之间。观察颗粒团的运动,分析颗粒团形成和破碎过程,初步探讨颗粒团的形成机理和破碎原因。同时,对颗粒团内部颗粒运动进行了一些尝试性工作。 然后,本文利用颗粒的不规则形状或不规则表面导致的颗粒图像特征点作为颗粒旋转速度判定的主要依据,并对所提出的用于消除转速误判断的双帧频拍摄法进行了理论推导和实验验证。利用Matlab、PhotoShop和ACDsee软件对稀相区截面内的颗粒图像进行优化和直观分析得到:在流化床内颗粒转速最高可达2000r/s,平均转速约为300r/s;颗粒平均转速截面边壁区高于中心区域,粒径相对较小或者平均径向速度较大的颗粒,其旋转速度大的概率较大,反之亦然;不规则颗粒的平均转速明显高于球形颗粒的平均转速。床内参数的改变对颗粒转速具有一定的影响:当表观气速或稀相区固体体积浓度增加时,颗粒平均转速有增大的趋势。并简单分析了实际颗粒在床内的受力情况。 最后,研究循环流化床内部颗粒的碰撞过程中发现:颗粒撞壁前后速度和转速都有可能发生变化。有些颗粒在撞壁前后转速上会有比较大的变化,有可能升高,也有可能降低甚至旋转方向发生变化。利用理论方法计算得到的球形颗粒撞壁后的转速和运动速度与实际值很接近,而不规则颗粒则相差很大。实际流场中颗粒之间的碰撞也较为普遍,本文就颗粒碰撞情况前后的颗粒运动变化进行了初步研究。