FCC 和玻璃珠在扩径段内颗粒浓度概率密度分布研究

图a 对比了扩径段不同径向位置处，表观气速为 5m/s 时，颗粒循环通量在 14.5-32.5kg/m2·s 操作条件下的 FCC 颗粒浓度概率密度分布。可以看出，随循环通量的增加，概率密度峰值增大且向高浓度区移动，概率密度曲线呈现出宽分布、长拖尾的特点。这说明随着进料量的增多，在管内出现局部高颗粒浓度的概率增加，同时增大了颗粒浓度分布范围。概率密度分布在循环通量较低时变化较小，当循环通量增加到 32.5kg/m2·s 时则发生明显偏移。整体上，相比于管壁和过度区域，循环通量在中心区域对颗粒浓度分布的影响较小，说明变径段中心区域的气固流动较为稳定。由边壁向中心移动过程中，概率密度曲线峰倾向于向低浓度区移动，峰宽逐渐减小，但峰值逐渐增大，上述变化规律在高循环通量下更加明显。这说明在边壁处的颗粒浓度最高，随着向管中心移动，颗粒浓度逐渐降低。在当前操作工况范围内，概率密度曲线均呈现出单峰分布，暗示了扩径段内的气固流动以稀相流动为主。另外，在低固体通量时，颗粒浓度主要集中在 0.01 范围内，说明局部颗粒流动均匀连续；在高固体通量条件下，颗粒浓度分布更加离散，说明扩径段内颗粒相流动波动性随浓度增加而增加，存在由单一稀相结构向稀相和密相结构共存发展的趋势。

图 b 显示了不同径向位置处循环通量对玻璃珠浓度概率密度分布的影响。从图中可以看出，玻璃珠的概率密度分布状态及随固体通量变化规律整体上与 FCC 保持一致，说明不同密度的物料在扩径段内的基本流动结构类似。同时注意到，在管壁处，与 FCC 相比，玻璃珠在相同循环通量下的 PDD 曲线分布变宽，高浓度颗粒分布概率增加。这说明在管边壁处，玻璃珠颗粒浓度明显大于 FCC 颗粒浓度。这是由于在管壁处密度较大的玻璃珠返混严重，出现大量的颗粒聚集，导致管壁处颗粒浓度增大，这与实验观察一致。而且，在管壁处，循环通量对玻璃珠概率密度分布的影响比 FCC 大。在过渡区域和中心区域，对比 FCC 与玻璃珠的概率密度分布可以发现，在高通量条件下两者区别不大，而在低通量条件下，玻璃珠概率密度分布较 FCC 向低浓度区移动，这意味着在该区域玻璃珠颗粒浓度变低。这可能与扩径段内密度大的颗粒由于曳力减小造成颗粒在底部聚集，进而使得轴向运动减弱而径向运动增强有关。