气固旋风分离器放大过程电容层析成像测量和数值计算研究

旋风分离器是保证循环流化床锅炉高效燃烧的关键设备，是循环流化床大型化研究的关键部件之一。拟采用电容层析成像技术结合数值模拟方法，对旋风分离器放大过程中内部气固两相流场进行系统研究。本研究将在不同尺度的分离器上进行浓度分布测量，电容传感器拟采用新颖的多电级组合方式，通过优化标定后进行测量，得到分离器关键位置固体颗粒浓度分布。通过浓度分布和压力测量,揭示旋风分离器从小尺度放大到大尺度颗粒行为、流体动力特性和分离性能同分离器结构尺度的关联特性；将实验测量同数值计算和理论分析结合，总结推导旋风分离器大型化的关键设计导则和无量纲准则参数，为循环流化床锅炉大型化，特别是超临界锅炉多旋风分离器的优化布置提供科学依据、基础实验数据库和技术手段, 此项目的研究将电容层析成像技术的应用扩展到大尺度传感器，对实际工程起到理论指导的作用。

旋风分离器是保证气固循环流化床锅炉煤粉高效燃烧的关键设备，同时也是循环流化床大型化研究的关键问题之一。本项目采用电容层析成像技术和压力信号频谱分析来研究循环流化床多分离器系统气固流动特性，同时结合数值计算来验证实验测量。首次采用了非规则矩形电容传感器研究分离器入口颗粒浓度分布和波动信息，给出了多分离器系统下，入口颗粒流量分配特性；首次研究和开发了一种组合12-4-4电容传感器，用于研究复杂流动区域气固流动特性。由于传感器结构复杂，开发了优化的标定算法，用于复杂结构流动过程层析成像测量，针对由于传感器尺寸放大造成的测量精度降低问题，研究了改善测量精度的策略和方法。基于矩形和圆形电容传感器，完成了不同尺度的实验测量。本项目研究同时引入CPFD模型，模拟研究气固流动特性，并与实验测量比较和校核。通过浓度分布和压力测量,揭示旋风分离器从小尺度放大到大尺度颗粒行为、流体动力特性和分离性能同分离器结构尺度的关联特性；项目研究成果为循环流化床锅炉大型化，特别是超临界锅炉多旋风分离器的优化布置提供科学依据、基础实验数据库和技术手段。共发表文章19篇，其中英文SCI文章5篇，两篇发表在国际著名的测量杂志Measurement Science and Technology上，其中一篇研究内容刊登为该期刊的封页，一篇发表在IEEE Sensor Journal上，一篇发表在Chemical Engineering Sciences上，得到评委的极高评价;中文核心期刊6篇，国际学术会议8篇，包括IEEE Imaging System Technology, World Congress in Process Tomography等系列国际会议，全部为口头报告。投稿国际期刊杂志2篇（Chemcial Engnieering Sciences，Powder Technology），正处于审稿。申请发明专利一项，培养博士生1名，硕士生3名，其中1名已毕业。