文 献 综 述
1.背景: 填充床广泛应用于化工和制药行业，在各种变化中有许多应用，并且具有广泛的尺寸。原则上，球形粒子被结合成填充床通常是随机的。但是，在床体上球体的排列中会存在一个潜在的顺序，尤其是当使用圆柱形容器时。这是在整个科学界都被广泛接受的。这导致了在填充过程中会存在一个不均匀的空隙空间分布。在固定床反应器中，这会导致反应速度分布不均匀，一方面表示在快速流动通道区域，另一方面表示在死区上。因此，这引发了有关热交换和传质的问题。进一步说，颗粒排列会影响平均床层孔隙率。通过相关系数的误差传播可以很容易地表明，平均床孔隙率的小变化会导致整个床的压力下降约四分之一。由于压降与能源消耗直接相关，因此这对工业具有重要意义。所以，了解参数对填充床的有序度和平均床层孔隙度的影响有决定性意义的。
2.引言： 本文主要综述了生物质床料中空隙率径向分布的几种主要测量技术和数学模型,概括了空隙率分布的一般规律,为试验研究和工程设计工作提供重要依据。
在生物质床料中,流体穿过颗粒床时的传热、传质、流速及压降等均受空隙率的影响,对空隙率的大小十分敏感。一般颗粒是随机地填充在床层中,而颗粒粒度往往呈现不同的分布状态,有时形状极不规则,所以空隙率的数学描述是很困难的。在一般的工程计算中常把空隙率作为定值考虑, 相关的研究表明【1 2】床料中空隙率分布不仅受容器壁面的影响,同时受床层中其它固体壁面的影响(如生物质床料换热器中的管子）。
生物质床料中的任意截面上，流速的径向分布曲线在近壁处有一峰值,并向中央和设备壁面两个方向衰减。流体流动的这种分布状态被称为壁效应。壁效应与空隙率的分布情况有直接关系。
3.主要的测量技术： 鉴于固定床中影响空隙率分布的因素很多(如填充方式、颗粒形状和粒度分布等) ,空隙率变化非常复杂, 为了反映其可供利用的一般规律,大部分研究者都局限于对随机填充大小均一的球形颗粒的填充床进行研究。最早发现床层中空隙率不均匀分布是通过床层流速分布的测量反映出来的。
Saunders和Ford【1]于1940年提出用毕托管对床层出口表面的速度分布作了测量,结果发现在靠壁一个颗粒直径宽的环形区域内流速比中心处高约50% ,其它地方的流速近似为一恒定值。尽管该测量方法比较粗糙 ,有一定的缺陷，但在一定程度上说明壁面附近的空隙率高于床层中心区。为确知生物质床料中径向的空隙率分布状况,必须采取更直接的方法进行测量。
Shaffer[2]在1952年提出用下述方法来测定床层中局部空隙率: 把填充床水平放置,从上面加入一定量的水,按一定的增量提高床层中液面高度;假想地引入一个环形区域,该环形宽度与液面高度的增加量相同,以此宽度内的平均空隙率作为环形区域的平均空隙率。结果表明这一假设是错误的。
随后的数十年中许多研究者为探索床层中空隙率变化作了大量有益的工作。Kimura Benenati 和 Brosilow [3] 、 Roblee [4]、Kondelik [5]、Ridgway和Tarbuck [6]、Stephenson[7]等先后开展了空隙率的测定工作,提出了一些操作方便、较精确的测试技术,如剖分法、光学法、床层旋转法等。
Kimura采用了剖分法,但没有得到理想的结果,原因是在试验时使用了非均一尺寸的颗粒。随后Roblee、Benenati、Brosilow 和Kondelik等也采用了剖分法,他们使用了均一尺寸的颗粒 ,所以他们的结果吻合得很好。剖分法的操作步骤是: 将均一粒度的球形颗粒填充到容器中,用液态环氧树脂或石蜡缓缓充满颗粒床层; 待固化后从容器中取出柱形床层,然后在车床上切削,每次切削相同的厚度; 每个部分的平均空隙率便可简单地通过物料衡算求得。只要切削厚度足够薄 ,就可以较精确地得到床层的径向空隙率分布。
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