气速对FCC和玻璃珠颗粒概率密度分布的影响研究

图2a和b分别表示了在不同的径向位置处表观气速对FCC和玻璃珠颗粒的概率密度分布 (PDD) 的影响结果。当循环通量为14.5 kg/m2 · s时，随着表观气速的升高，FCC和玻璃珠的概率密度分布曲线的峰值均降低，且峰宽逐渐减小，曲线峰出现的位置逐渐向低浓度区域移动。这可能归因于当循环通量一定时，风速越高，气固之间曳力增加，颗粒更容易被带离扩径段，从而造成管内颗粒浓度降低。从图中还可以看出，在相同工况下，管壁区域的概率密度分布曲线分布最宽，即颗粒浓度水平在边壁处最高。而从过渡区域到中心区域，低风速下概率密度曲线变化较小，呈现出相近的分布；在高风速下，过渡区域的概率密度分布曲线表现出低浓度峰值、峰宽最窄的特征。以上现象说明，边壁区域的颗粒流动随风速变化表现平稳，过渡区域和中心区域之间的颗粒相流动差异随风速增加而增大。这可能是由于边壁效应的存在限制了气流对颗粒的扰动，更多的气体倾向于流过床的中间区域从而增加了气流影响颗粒流动的不稳定因素。另外，概率密度分布随表观气速和循环通量的变化趋势相反，进一步证明了提升管内局部颗粒浓度的概率密度分布随管内整体浓度的变化规律。

对比图2a和b可以看出颗粒密度对颗粒浓度概率密度分布的影响。在边壁处，玻璃珠的PDD曲线分布比FCC更宽，颗粒浓度分布在高浓度区域的概率增大。更加离散的浓度概率密度分布表明扩径段内玻璃珠形成的运动结构比FCC更加复杂。但随着风速增加，这种差距逐渐缩小。这是由于玻璃珠的密度较大，重力作用导致颗粒向上运动的阻力增加，当风速较低时，管壁处返混程度更大形成更高颗粒浓度；当风速较高时，颗粒密度导致的颗粒聚集差别减弱，从而使颗粒浓度趋于接近。然而在管中心处，FCC颗粒的概率密度曲线要比玻璃珠的更宽，概率密度峰值对应的颗粒浓度更大。与图1所示规律一致，这可以归结为密度更大的玻璃珠由于受到重力更大，中心区域气体携带颗粒向上运动过程中横向运动趋势增强，造成在管中心处FCC的浓度比玻璃珠浓度更高。此外，与FCC相比，表观气速在管壁和过渡区域对玻璃珠概率密度分布的影响更大。