1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

流态化技术的发展，从20世纪20年代的第一台流化床粉煤气炉的应用开始，至今已有70多年的历史。由于流化床所特有的有点，如高效的传热传智、均匀的温度场、颗粒的大处理量、很宽的操作范围等，使其在许多工业领域中都得到了广泛的应用，并且仍有非常好的工业前景。国内在这方面的科研工作非常活跃，并在不少方面居世界领先水平。

在现代石油、化工、能源、冶金、轻工、材料、环保工业中，有大量的颗粒和粉末状的固体物料被作为原料、催化剂及能源使用。这些散状固体物料在加工、驻村、运输过程中与气体和液体物料相比有诸多不便之处，如何能使上述散状固体物料也具有一定的流体性能，是许多工程技术人员的愿望。处于自然堆积状态下的散状固体物料可以和流体一样，会充满容器并具有所盛容器的形状。当堆积角度大于散料内摩擦角时，在重力作用下会有自然流动。但由于颗粒间的内摩擦力的作用，当散料表面与水平面夹角等于内摩擦角时，流动即终止、而不能像流体一样在重力作用下自然形成水平表面。也正是由于内摩擦的存在，在一定受力范围内，散状物料可以承受切向应力的作用。只有在切向盈利超过一定限度后，散装物料才与粘性流体一样，会产生剪切运动，并表现出一定的粘性。另外，在散料层内正英里的传递行为与流体相差更为显著，它不具备散料层内任意一点上各方向上的正应力相等、且数值上正比于散料层密度和层高的线性关系。总之，只要能通过某种方式消除内摩擦力的作用，即可期待散料层具有某种流体的特性。

当流体流量很小时，固体颗粒不因流体的经过而移动，这种状态称为固定床。在固定床内，颗粒之间没有相对的运动，床层中流体所占的体积分率即床层孔隙率是不变的。继续增加流体流速将导致床层压降的不断增加，知道床层压降等于单位床层截面积上的颗粒重量。此时如果没有人为地限制颗粒的流动，由于流体流动带给颗粒的曳力平衡颗粒的重力，导致颗粒被悬浮，此时颗粒开始进入流化状态，称为初始流态化或临界流态化。当进一步提高流体流速，床层底部开始出现气泡，多余的气体以气泡的形式通过床层，床层膨胀使体积有所增大，称为鼓泡流态化。床中的气泡上升过程中相互聚并，尺寸不断长大，直至到达床层表面并破裂。对于比较细而长的流化床，气泡在上升过程中长大接近床截面积的尺寸，形成气栓，此时气栓像活塞一样向上流动，而颗粒从气栓上面纷纷下落，当气栓到达表面时破裂，而后续的气栓有规律的形成破裂，称为节涌现象。随着气速进一步提高，床层湍动加剧，气泡尺寸变小，并且边缘变得模糊不清。此时虽然床层表面仍然存在，但已变得比较模糊。相对于鼓泡和节涌来说，此时床层压降的波动频率大大提高而振幅明显减小，此时的流型称为湍动流态化。与鼓泡流态化相比，湍动床中的气泡聚并和破碎频率极高，气泡平均直径变小，两相行为减弱，流动更均匀，气固接触效率提高，但夹带现象更严重。本次试验我重点关注的就是湍动流态化，至于气速升高后还会有快速流态化和气力输送阶段，在此不做赘述。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

本课题想要研究的关键部分在于从鼓泡流态化到湍动流态化间过渡状态下的气泡直径，上升速度，破碎和聚并方式以及对应的床层压降波动。

采用的方法是利用压力传感器确定流态化处于过渡状态，通过相机捕捉过渡态的视频，利用MATLAB将视频剪成1秒30帧的图片，并将其处理为灰度值图片，根据图片上像素点灰度值的不同来分辨气泡和颗粒。