不同堆積結(jié)構(gòu)顆粒床內(nèi)的流動(dòng)特性研究

李良星,鄒旭毛,孔劉波

(西安交通大學(xué)動(dòng)力工程多相流國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,710049,西安)

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不同堆積結(jié)構(gòu)顆粒床內(nèi)的流動(dòng)特性研究

李良星,鄒旭毛,孔劉波

(西安交通大學(xué)動(dòng)力工程多相流國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,710049,西安)

為了研究不同堆積結(jié)構(gòu)顆粒床內(nèi)的流動(dòng)特性,使用兩種尺寸球形顆粒構(gòu)建了均勻混合堆積結(jié)構(gòu)和分層堆積結(jié)構(gòu)床,在碎片床冷卻性實(shí)驗(yàn)裝置(DEBECO,DEbris BEd COolability)上進(jìn)行了單相和兩相流動(dòng)實(shí)驗(yàn)。基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果,對(duì)比分析了兩種堆積結(jié)構(gòu)的流動(dòng)阻力壓降,進(jìn)一步驗(yàn)證了流動(dòng)阻力模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:對(duì)于不同尺寸顆粒均勻混合的堆積顆粒床,其有效直徑在低速(Rep<7)條件下更接近面積平均直徑;隨著速度(Rep>7)升高,其有效直徑更接近長(zhǎng)度平均直徑。當(dāng)氣液兩相同向向上流過(guò)均勻堆積結(jié)構(gòu)顆粒床時(shí),實(shí)驗(yàn)測(cè)量的兩相壓降總體上與Reed模型預(yù)測(cè)值較為接近;與均勻堆積結(jié)構(gòu)床相比,相同顆粒分層堆積結(jié)構(gòu)床內(nèi)的兩相流動(dòng)阻力壓降較低。該實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果對(duì)完善多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)流動(dòng)阻力分析具有重要的學(xué)術(shù)意義。

堆積顆粒床;均勻堆積床;分層堆積床;流動(dòng)特性;阻力壓降

顆粒堆積多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)的單相/兩相流動(dòng)在許多工程和科學(xué)領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用和研究,涉及農(nóng)業(yè)技術(shù)、生物工程、機(jī)械工程、石油化工工程、核動(dòng)力工程等多個(gè)領(lǐng)域[1-4]。與傳統(tǒng)連續(xù)介質(zhì)結(jié)構(gòu)相比,顆粒堆積多孔介質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出明顯的多尺度結(jié)構(gòu)特性。由于多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)孔隙的多向性,流體在多孔介質(zhì)中不停地發(fā)生混合和分離,流速的大小和方向不斷地發(fā)生改變,因此多相流體運(yùn)動(dòng)的控制方程呈現(xiàn)高度非線性特征,很難用物理實(shí)驗(yàn)或理論解析對(duì)多孔介質(zhì)內(nèi)的流動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行精確的描述和研究。因此,傳統(tǒng)的流動(dòng)阻力模型及相關(guān)理論不能直接應(yīng)用在多孔介質(zhì)材料內(nèi)的流體流動(dòng)過(guò)程。

許多研究者已針對(duì)多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)的流動(dòng)特性開(kāi)展了深入的實(shí)驗(yàn)和理論研究,并提出了不同的流動(dòng)阻力模型。文獻(xiàn)[5-6]回顧和總結(jié)了上述研究及相關(guān)模型,然而這些研究大多是基于均勻堆積結(jié)構(gòu)的顆粒床,關(guān)于非均勻堆積結(jié)構(gòu)如顆粒分層堆積結(jié)構(gòu)顆粒床的研究還相對(duì)較少。在熔融物與冷卻劑相互反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究中[7-8],實(shí)驗(yàn)結(jié)果獲得了分層結(jié)構(gòu)的顆粒碎片床。而且,近期基于分層結(jié)構(gòu)顆粒床的沸騰傳熱實(shí)驗(yàn)[9-10]表明,與均勻堆積結(jié)構(gòu)顆粒床相比,分層結(jié)構(gòu)顆粒床的傳熱惡化情況明顯不同。然而,強(qiáng)烈的沸騰現(xiàn)象掩蓋了堆積顆粒床內(nèi)的流動(dòng)特性,這些研究也僅僅給出了測(cè)量獲得的分層結(jié)構(gòu)顆粒床的干涸熱流密度,并沒(méi)有給出分層結(jié)構(gòu)顆粒床內(nèi)的流動(dòng)特性及其對(duì)傳熱惡化的影響機(jī)理。

因此,為了探究不同堆積結(jié)構(gòu)顆粒床內(nèi)的流動(dòng)特性,本文在西安交通大學(xué)動(dòng)力工程多相流國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的碎片床冷卻性實(shí)驗(yàn)裝置(DEBECO)上進(jìn)行了均勻堆積結(jié)構(gòu)顆粒床和分層堆積結(jié)構(gòu)顆粒床的單相和兩相流動(dòng)實(shí)驗(yàn)。基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果,對(duì)比分析了兩種堆積結(jié)構(gòu)的流動(dòng)阻力壓降,并進(jìn)一步驗(yàn)證了流動(dòng)阻力模型。

1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

為了研究堆積顆粒床內(nèi)的流動(dòng)特性,西安交通大學(xué)動(dòng)力工程多相流國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)和搭建了DEBECO實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),如圖1所示。

圖1 DEBECO實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖

整個(gè)系統(tǒng)由供水系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、氣水混合段、實(shí)驗(yàn)測(cè)試段及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量和采集系統(tǒng)構(gòu)成。實(shí)驗(yàn)裝置的主體部分由透明的樹(shù)脂玻璃建成,其中實(shí)驗(yàn)測(cè)試段為圓柱形,內(nèi)徑120 mm、高度600 mm,顆粒在測(cè)試段內(nèi)堆積成多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)床。在測(cè)試段的底部和頂部的法蘭連接處,分別放置不銹鋼網(wǎng)柵,用于支撐和固定堆積顆粒床。為了確保流量測(cè)量的精確性,氣相、液相流量由不同量程范圍的流量計(jì)進(jìn)行測(cè)控。為了減少壓力測(cè)量誤差,實(shí)驗(yàn)過(guò)程同時(shí)采集不同高度差下對(duì)應(yīng)的壓力信號(hào)和壓差信號(hào),壓力傳感器和差壓變送器的精度分別為0.25%和0.04%。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用美國(guó)國(guó)家儀器有限公司生產(chǎn)的NI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)溫度、壓力等信號(hào)進(jìn)行采集整理。

1.2 實(shí)驗(yàn)顆粒床

本文基于Φ1.5 mm和Φ6 mm兩種尺寸的球形顆粒,堆積了4種顆粒床,依次命名為Bed-1～Bed-4,4種顆粒床的總高度均為600 mm,詳細(xì)信息如表1和圖2所示。其中Bed-1和Bed-2分別由Φ1.5 mm和Φ6 mm的單一尺寸顆粒堆積而成;Bed-3由Φ1.5 mm和Φ6 mm顆粒按照1∶1的質(zhì)量比均勻混合堆積組成;Bed-4是由Φ1.5 mm和Φ6 mm顆粒分層堆積組成,其中上層為Φ1.5 mm顆粒,下層為Φ6 mm顆粒,兩者質(zhì)量比為1∶1。由此可見(jiàn),Bed-1～Bed-3為均勻堆積結(jié)構(gòu)顆粒床,而B(niǎo)ed-4為分層堆積結(jié)構(gòu)顆粒床。

圖2 不同結(jié)構(gòu)的顆粒實(shí)驗(yàn)床

實(shí)驗(yàn)床堆積種類(lèi)Φ/mm孔隙率Bed?1單一尺寸150368Bed?2單一尺寸60375Bed?3均勻混合15，60323Bed?4水平分層15/60368/0375

2 顆粒床內(nèi)流動(dòng)阻力模型介紹

為了研究分析顆粒堆積多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)的流動(dòng)特性,研究者提出了很多的分析模型和經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式,其中心思想是分析預(yù)測(cè)多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)的單相、兩相流動(dòng)阻力。其中,Ergun方程[11]由于其表達(dá)形式簡(jiǎn)便,易于計(jì)算,而且具有較高的計(jì)算精度,目前已被普遍接受和廣泛應(yīng)用于球形顆粒組成的多孔介質(zhì)內(nèi)單相流動(dòng)的阻力預(yù)測(cè)分析中,其表達(dá)式如下

(1)

式中:dp/dz為實(shí)驗(yàn)床內(nèi)的壓降梯度;μ是流體的黏度;ρ是流體的密度;J是多孔介質(zhì)內(nèi)流體的表觀速度;K和η分別被稱(chēng)為滲透率和穿透率,表達(dá)式如下

(2)

其中150和1.75是基于實(shí)驗(yàn)而得到的經(jīng)驗(yàn)常數(shù),被稱(chēng)為Ergun常數(shù),ε是多孔介質(zhì)的孔隙率,d是組成多孔介質(zhì)床的顆粒有效直徑。

通過(guò)引入相對(duì)滲透率Kr和相對(duì)穿透率ηr,Ergun方程進(jìn)一步擴(kuò)展到多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)的兩相流動(dòng)特性研究中,如下式所示

(3a)

(3b)

式中:Jl和Jg分別代表兩相流動(dòng)中液相和氣相的表觀速度;α是多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)單元內(nèi)的截面含氣率;Fi是相間摩擦力。表2列出了不同研究人員給出的兩相流動(dòng)模型的基本參數(shù),其中s表示多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)單元內(nèi)的飽和度,s=1-α。

表2 不同模型的基本參數(shù)

對(duì)于Schulenberg & Müller模型,其對(duì)應(yīng)相間摩擦力表達(dá)式如下

(4)

從表2可以看出,不同的模型對(duì)參數(shù)Kr、ηr和Fi選取了不同的表達(dá)式。顯然,不同模型對(duì)相同工況下同一個(gè)顆粒床內(nèi)的流動(dòng)阻力壓降的預(yù)測(cè)計(jì)算值是不同的,這給工程計(jì)算和應(yīng)用帶來(lái)極大的不確定性。因此,本文將基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),通過(guò)對(duì)比上述模型的計(jì)算結(jié)果,來(lái)分析驗(yàn)證不同模型的預(yù)測(cè)計(jì)算能力。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 單一尺寸顆粒堆積床內(nèi)單相/兩相流動(dòng)特性

首先進(jìn)行了單一尺寸顆粒堆積床內(nèi)單相流動(dòng)實(shí)驗(yàn),圖3顯示了單相水自下而上流過(guò)顆粒床Bed-1和Bed-2時(shí)測(cè)量的阻力壓降值。由于Ergun方程已被廣泛應(yīng)用于單一球形顆粒床內(nèi)單相流動(dòng)阻力壓降的預(yù)測(cè)計(jì)算,因此圖3中也分別給出了基于Bed-1和Bed-2流動(dòng)工況的Ergun方程計(jì)算值。

圖3 Bed-1和Bed-2內(nèi)單相流動(dòng)阻力壓降

由圖3可以看出,對(duì)單一尺寸顆粒堆積床如Bed-1和Bed-2,其單相流動(dòng)阻力壓降隨液速升高而非線性增大,速度越高,增速越快。與大尺寸顆粒堆積床(Bed-2)相比,小尺寸顆粒堆積床(Bed-1)內(nèi)的單相阻力壓降明顯較高,說(shuō)明顆粒孔隙率相差不大時(shí),顆粒尺寸越小,顆粒堆積床內(nèi)單相阻力壓降越高。與Ergun方程的計(jì)算值相比,Bed-1和Bed-2的實(shí)驗(yàn)測(cè)量值與其吻合得很好,標(biāo)準(zhǔn)偏差在7%以?xún)?nèi)。這一方面進(jìn)一步說(shuō)明了Ergun方程對(duì)單一球形顆粒堆積床內(nèi)單相流動(dòng)阻力的準(zhǔn)確計(jì)算能力,另一方面也檢驗(yàn)了整套實(shí)驗(yàn)裝置的運(yùn)行和測(cè)量精度。

與單相流動(dòng)不同,研究者對(duì)堆積顆粒床內(nèi)兩相流動(dòng)壓降預(yù)測(cè)模型還沒(méi)有形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。由表2可以看出,不同的研究人員給出的不同的參數(shù)表達(dá)式,對(duì)于相同實(shí)驗(yàn)工況,其計(jì)算結(jié)果必然存在一定的差異。為了對(duì)比驗(yàn)證兩相流動(dòng)阻力模型的預(yù)測(cè)能力,本文基于單一尺寸顆粒堆積床,進(jìn)行了氣-水兩相流動(dòng)實(shí)驗(yàn),進(jìn)而對(duì)比不同模型的預(yù)測(cè)計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)測(cè)量的兩相流動(dòng)摩擦阻力壓降的差異。圖4顯示了氣-水同向豎直向上通過(guò)Φ1.5 mm球形顆粒堆積床時(shí)測(cè)量的兩相流動(dòng)摩擦阻力壓降,同時(shí)也給出了表2中不同預(yù)測(cè)模型的計(jì)算值。由圖4可以看出,當(dāng)液速保持不變時(shí),隨著氣速的增加,顆粒床內(nèi)兩相壓降逐漸升高。與實(shí)驗(yàn)測(cè)量值相比,Hu & Theofaneous模型[14]和Schulenberg & Müller模型[15]預(yù)測(cè)計(jì)算值偏高,Lipinski模型[12]計(jì)算值偏低,總體上Reed模型[13]的預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值更為接近。

圖4 Bed-1內(nèi)兩相流動(dòng)摩擦阻力壓降

3.2 不同尺寸顆粒均勻混合堆積床內(nèi)單相/兩相流動(dòng)特性

由Ergun方程可以看出,堆積顆粒的有效直徑是流動(dòng)壓降計(jì)算的重要參數(shù)。對(duì)單一尺寸球形顆粒堆積床,顆粒直徑即為有效直徑,然而對(duì)多尺寸顆粒均勻混合堆積床,其有效直徑的計(jì)算則依據(jù)不同的理論分析和參考權(quán)重,不同的研究人員采用了不同的計(jì)算方法。其中,最為常用的有效直徑d計(jì)算方法有4種[16],分別被稱(chēng)為質(zhì)量平均直徑dm、面積平均直徑da、長(zhǎng)度平均直徑dl和數(shù)目平均直徑dn,表達(dá)式分別如下

(5)

(6)

(7)

(8)

式中:fi是顆粒尺寸分布在(xi,xi+Δx)范圍內(nèi)的數(shù)量;mi、ai、li和ni分別是顆粒質(zhì)量分布、面積分布、長(zhǎng)度分布和數(shù)量分布的函數(shù)。依據(jù)式(5)～(8),Bed-3的質(zhì)量平均直徑、面積平均直徑、長(zhǎng)度平均直徑以及數(shù)量平均直徑分別為3.75 mm、2.4 mm、1.76 mm和1.57 mm。

圖5顯示了單相水豎直向上流過(guò)Bed-3時(shí)測(cè)量的流動(dòng)阻力壓降,同時(shí)繪制了Ergun方程基于不同有效直徑的計(jì)算值。

圖5 Bed-3內(nèi)單相流動(dòng)阻力壓降

由圖5可以看出:當(dāng)流速較低(Rep<7)的時(shí)候,Ergun方程基于面積平均直徑進(jìn)行計(jì)算的理論值與實(shí)驗(yàn)值吻合較好;隨流速增大(Rep>7),實(shí)驗(yàn)值更接近于采用長(zhǎng)度平均直徑計(jì)算的Ergun方程理論值。其中,多孔介質(zhì)內(nèi)流體雷諾數(shù)的定義如下

(9)

圖6繪制了氣-水兩相自下而上通過(guò)Bed-3時(shí)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的兩相流動(dòng)摩擦阻力壓降。實(shí)驗(yàn)時(shí)液速以0.29 mm/s的速度保持恒定,而氣速逐漸增大。為驗(yàn)證兩相流動(dòng)阻力模型,圖6也繪制出了表2中不同模型的計(jì)算值。由于實(shí)驗(yàn)中液速較低,因此模型計(jì)算時(shí)有效直徑采用面積平均直徑。由圖6可以看出,總體上Reed模型[13]的預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)測(cè)量值更為接近。

圖6 Bed-3內(nèi)兩相流動(dòng)摩擦阻力壓降

3.3 分層堆積結(jié)構(gòu)顆粒床內(nèi)單相流動(dòng)特性

實(shí)驗(yàn)中測(cè)量了分層堆積結(jié)構(gòu)顆粒床上部、下部單一顆粒床內(nèi)的阻力壓降和整個(gè)實(shí)驗(yàn)床的總壓降,分別用p1.5、p6和ps表示,其測(cè)量示意圖如圖7所示。

1:不銹鋼網(wǎng)柵;2:連接法蘭;3:導(dǎo)壓管;4:氣液分離罐;5:差壓變送器;6:實(shí)驗(yàn)段圖7 分層堆積床壓力測(cè)量示意圖

圖8顯示了實(shí)驗(yàn)測(cè)量的各部分阻力壓降變化,可以看出,對(duì)于下層的Φ6 mm顆粒堆積床,其Ergun計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值吻合很好,說(shuō)明分層結(jié)構(gòu)對(duì)其下層Φ6 mm顆粒堆積床內(nèi)的單相流動(dòng)幾乎沒(méi)有影響,然而上層Φ1.5 mm顆粒堆積床內(nèi)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的阻力壓降明顯高于Ergun方程計(jì)算值。顆粒床的總壓降介于上層顆粒床和下層顆粒床的平均壓降之間,高于下層的Φ6 mm顆粒床的壓降,低于上層Φ1.5 mm顆粒床的壓降。

圖8 Bed-4內(nèi)單相流動(dòng)阻力壓降

為了進(jìn)一步分析分層結(jié)構(gòu)對(duì)其流動(dòng)特性的影響,本文首先對(duì)比了Bed-1和Bed-4中Φ1.5 mm顆粒堆積床內(nèi)的單相流動(dòng)壓降,如圖9所示。

圖9 Bed-1和Bed-4上層顆粒床內(nèi)的單相流動(dòng)阻力壓降

由圖9可以看到,分層堆積顆粒床Bed-4內(nèi)上層Φ1.5 mm顆粒床內(nèi)的單相阻力壓降明顯高于Φ1.5 mm顆粒堆積床Bed-1內(nèi)的阻力壓降。與Bed-1相比,Bed-4的上層結(jié)構(gòu)與Bed-1沒(méi)有區(qū)別,顆粒的尺寸及孔隙率完全相同,但是Bed-4的下層是由顆粒直徑更大、孔隙率更高、同等情況下單相阻力壓降更低的Φ6 mm顆粒組成。換而言之,同樣的流動(dòng)工況下,Bed-4的下層產(chǎn)生了更低的流動(dòng)阻力,由于分層結(jié)構(gòu)的影響,Bed-4的上層雖然和Bed-1有相同的顆粒尺寸和孔隙率,但是其單相流動(dòng)阻力壓降卻明顯升高,這說(shuō)明分層結(jié)構(gòu)對(duì)顆粒堆積床內(nèi)的流動(dòng)特性有明顯影響。

圖10 Bed-3和Bed-4的阻力壓降

本文還對(duì)比了Bed-3和Bed-4的單相流動(dòng)阻力壓降。Bed-3和Bed-4是由相同比例相同尺寸的兩種顆粒堆積而成,不同的是Bed-3是由兩種尺寸顆粒均勻混合堆積而成,而B(niǎo)ed-4是由同樣的兩種尺寸分層堆積而成。圖10顯示了Bed-3和Bed-4內(nèi)單相流動(dòng)阻力壓降的實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果。由圖10可以看出,在相同的條件下,Bed-3均勻混合的實(shí)驗(yàn)床的阻力壓降高于Bed-4分層堆積結(jié)構(gòu)床。分析認(rèn)為,Bed-3內(nèi)兩種尺寸均勻混合堆積產(chǎn)生了更小的孔隙率,由表1可知僅為0.323,遠(yuǎn)低于Bed-4中每一層顆粒床的孔隙率,由Ergun方程可知其較低的孔隙率而導(dǎo)致了較高的流動(dòng)阻力。換而言之,對(duì)具有相同的尺寸分布和質(zhì)量分布顆粒群組,顆粒分層堆積床會(huì)比顆粒均勻混合堆積床產(chǎn)生更低的阻力壓降,這將有利于高溫沸騰條件下產(chǎn)生較高的干涸熱流密度,進(jìn)而有利于反應(yīng)堆嚴(yán)重事故背景下碎片床的冷卻。

4 結(jié) 論

為了探究不同堆積結(jié)構(gòu)顆粒床內(nèi)的流動(dòng)特性,本文在西安交通大學(xué)動(dòng)力工程多相流國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的DEBECO實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行了均勻堆積結(jié)構(gòu)顆粒床和分層堆積結(jié)構(gòu)顆粒床的單相和氣-水兩相流動(dòng)實(shí)驗(yàn)。基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果,對(duì)比分析了顆粒均勻堆積結(jié)構(gòu)和顆粒分層堆積結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)床內(nèi)的流動(dòng)阻力壓降,進(jìn)一步驗(yàn)證了兩相流動(dòng)阻力模型,主要結(jié)論如下。

(1)對(duì)于不同尺寸顆粒均勻混合的堆積顆粒床,面積平均直徑在低速(Rep<7)條件下更接近其有效直徑。隨速度升高,其有效直徑更接近長(zhǎng)度平均直徑。

(2)當(dāng)氣液同向流過(guò)顆粒均勻堆積床時(shí),總體上Reed模型的計(jì)算值最接近實(shí)驗(yàn)測(cè)量的兩相阻力壓降值。

(3)顆粒分層堆積結(jié)構(gòu)對(duì)流動(dòng)特性影響明顯,與單一尺寸顆粒堆積床相比,分層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了更高的流動(dòng)阻力壓降;與不同尺寸顆粒均勻混合堆積床相比,同樣條件下的顆粒分層堆積床產(chǎn)生了更低的流動(dòng)阻力壓降,這有利于反應(yīng)堆嚴(yán)重事故背景下碎片床的冷卻。

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(編輯 荊樹(shù)蓉)

Investigation on the Flow Characteristics in Particulate Beds with Different Packing Structures

LI Liangxing,ZOU Xumao,KONG Liubo

(State Key Laboratory of Multiphase Flow in Power Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China)

To investigate the flow characteristics in particulate beds with different packing structures, the experiments on flow characteristics of particulate homogeneous and stratified beds consisting of two kinds of spherical particles were performed on the test facility of DEBECO (DEbris BEd COolability). Based on the experimental results, the pressure drops were compared and analyzed, and the flow resistance models were further verified. The experimental results showed that the effective diameter is closer to the area mean diameter at low flow rates (Rep<7) for a bed packed with uniform mixture of particles, but more closer to the length mean diameter with increasing flow rates (Rep>7). For gas-water cocurrent flow through a homogeneous bed, the predictions of Reed’s model were more comparable with the measured pressure drops. Compared with the homogeneous bed filled with the same particles, the stratified bed showed a lower flow resistance. The experimental results may contribute to the analysis of flow resistance in porous media.

packed bed; homogenous bed; stratified bed; flow characteristics; pressure drop

2016-01-11。 作者簡(jiǎn)介:李良星(1979—),男,副教授。 基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51406143);陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃資助項(xiàng)目(2015JM5237)。

時(shí)間:2016-06-08

10.7652/xjtuxb201609008

TK124

A

0253-987X(2016)09-0049-06

網(wǎng)絡(luò)出版地址:http:∥www.cnki.net/kcms/detail/61.1069.T.20160608.1035.008.html