文 献 综 述
- 引言
填充床可用于化学工业和其他相关行业的多种应用，包括化学反应堆，谷物干燥机，核反应堆和储热库。球形和非球形颗粒的固定填充床结构特性已被广泛应用于圆柱形容器中。无论是实验研究还是理论研究，都需要对固定填充床结构中的空隙空间进行详细的描述。“由紧密排列的单尺寸球体所产生的结构已经被科学家们作为模型系统来研究，以理解有序和结晶的。原则上，粒子被结合成填充床通常是随机的。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。
2 研究现状
张文利[1]等人介绍了等边圆柱形颗粒固定层中填充结构与孔隙度的关系，圆柱颗粒的固定床在化学工程应用中很重要，但它们的填充结构不像球形填料那样被很好地理解或表征。他们认为影响填料结构的主要因素是整体填料密度和与墙体的接近程度。当总体密度最高时，近壁面孔隙度几乎与内部孔腺度相等，且在壁面附近出现显著的全局排序。对于一个垂直容器，全局排序的特征是粒子与一个正交坐标系对齐，其中一个轴与r(由容器定义)和其他两个轴在z-?平面，但旋转45°与水平。观测到的结构与固定床内的流动不均匀和传热有关。
Gary E.Mueller[2-4] 提出了一种自定径向变量的缩放方法，并将其应用于现有的经验相关模型中。 该标度方法利用调查数据和回归分析将自定径向变量关联起来，得到了一个修正的经验径向孔隙度相关模型，该模型可以预测圆柱容器中随机填充的固定床单尺寸球体的近壁和远壁径向孔隙度。
除此之外还有一种基于已建立的基本几何结构原理的函数方法，用于研究圆柱形填充床系统中单粒径球形颗粒的轴向平均径向孔隙率变化。给出了局部孔隙率变化的解析表达式和径向孔隙率分布的半解析表达式。将新的解析表达式与已有的径向孔隙率解析表达式进行了比较，并用径向孔隙率分布的实验数据进行了验证，导出了D/Dge;2.0的圆柱形容器中相同球体的固定填充床的解析表达式。
此外基于球心坐标，建立了一种简便的计算填充床柱中单粒球径向孔隙度分布的新方法。该方法由几何和分析技术导出，利用弧长计算任意给定轴向位置、给定区间轴向位置或总轴向位置的径向孔隙度分布，从而分别评估局部、区间或轴向平均径向孔隙度分布。新方法和解析函数简单直观，提供了给定球心坐标下径向孔隙度剖面的准确表示。用简单方法计算了D/Dge;1.0的圆柱形容器中相同球体固定包装时的径向孔隙度分布。对径向孔隙度剖面的评价结果分别以现有的解析方程和可用的实验数据和数值数据为基准，分别用于圆柱形容器中的单一尺寸球体。针对这种计算径向孔隙度剖面的简单方法，给出了基于圆弧长度的新方法的一个简明的 FORTRAN程序。
郭泽华[5]等人在研究中，实验研究了1.2lt;D/dlt;7.1密装床的平均孔隙度变化。此外，还建立了层堆积模型，以探讨不同D/d比的平均孔隙度变化。 观察到该模型得到的解析表达式可以有效地跟踪D/dlt;3的实验数据。 当D/d比进一步增加时，平均孔隙度值的变化可以用模型来解释。此外，还证实了随着D/d比值的变化，平均孔隙度变化表现出几个固有的波动，这可能导致文献中相关性预测的值之间的显著差异。 这大大降低了经验相关性在严格分析填料床中的适用性。 最后，讨论了该模型对预测中压降的意义。
Johanna Fernengela,b,dagger;[6]等人利用DigiDEMtm, LIGGGHTSreg;和 blendertm方法对圆柱形围壁与单尺寸球形颗粒进行了模拟。并且对这三种方法进行了柱粒直径比和填充速度对平均床层孔隙率影响的参数研究。结果表明，床层配置的结果与实验结果一致，存在有清晰的趋势表明充填速度对平均床层孔隙度的影响。填充速度对平均孔隙度的影响有明显的变化趋势。 因此，我们可以利用填充速度来调整床层孔隙率，例如填料的压降。不同填充速度下得到的平均孔隙度的显著分布告诉我们在设计数值填充床模拟装置时应格外小心，因为很小的变化可能会导致孔隙度的显著偏差。
Daisuke Ito[7]等人认为多孔介质中两相流动的认识是建立轻水堆和钠冷快堆严重事故分析程序的基础。当钠冷快堆发生堆芯破坏事故时，堆芯内的燃料熔化并与冷却剂相互作用。由于冷却过程的不同，碎屑床可能产生多孔性质，因此会形成气液两相流动。在这种情况下，局部孔隙度及其分布对表征多孔介质中两相流场具有重要意义。在本研究中，x射线照相法被应用于测量球体填充层的局部孔隙度。径向分布由x射线方法测量的弦面分布估计，并与先前的孔隙度模型进行比较。此外，还得到了气水两相流中空隙率的径向分布。
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