湍动流化床

物理学术语

当操作气速（亦称表观气速，Ug）介于Uc（颗粒的湍动流化速度，此时一般不加前缀“最小”两字）和Ut（颗粒的终端速度）时，流化床可以被具体地叫做湍动流化床，一般简称湍动床。相比于鼓泡床，湍动床要难形容的多，很难在人的脑海中形成一个清晰的物理图像。当Ug介于Umb（颗粒的最小鼓泡流化速度）和Uc时，随Ug增大，床中鼓泡越来越剧烈，气泡尺寸越来越大。但是当Ug超过Uc后，随Ug增加，气泡尺寸反而呈现减小的趋势。

基本概念

流化床（Fluidized bed）这一概念的提出是为了区别于固定床（Fixed/Packed bed）。然而，本质上讲两者可以是同一个设备，即圆筒中架设一块气体分布板（可以透气，但不允许颗粒通过），板上堆积一定高度的颗粒，气体自下而上依次穿过气体分布板和颗粒层。当操作气速（亦称表观气速，Ug）小于床中所装颗粒的最小流化速度（Umf）时，人们将这个设备称为固定床；而当Ug大于Umf时，人们将这个设备称为流化床。

流化床实际上是一个笼统的概念，根据Ug的不同，又可以细分为鼓泡（流化）床、湍动（流化）床、快速（流化）床、密相输送床和稀相输送床。传统意义上的流化床通常特指鼓泡流化床或者湍动流化床，属于经典流态化范畴，颗粒不会被气体吹出而损失。

湍动流化床（Turbulent fluidized bed）——当Ug介于Uc（颗粒的湍动流化速度，此时一般不加前缀“最小”两字）和Ut（颗粒的终端速度）时，流化床可以被具体地叫做湍动流化床，一般简称湍动床。相比于鼓泡床，湍动床要难形容的多，很难在人的脑海中形成一个清晰的物理图像。当Ug介于Umb（颗粒的最小鼓泡流化速度）和Uc时，随Ug增大，床中鼓泡越来越剧烈，气泡尺寸越来越大。但是当Ug超过Uc后，随Ug增加，气泡尺寸反而呈现减小的趋势。

概念的提出

最早记录端动流态化的图像证据，被认为是Matheson在用空气通过催化剂床层研究节涌现象时拍摄下的一张照片，如图1所示。图1中左图使用150微米直径催化剂，呈现清晰的节涌流型；图1中右图使用45微米直径催化剂，呈现典型的湍动流型。在Zenz所发表的气固流态化相围中，第一次出现了湍动流态化区域。Lannean用电容探针对节涌流化床进行高气速下气固接触研究时，观察到流型转变为一种非常均匀的状态，同时检测到床密度发生陡降，并伴随固含率脉动幅度降低与脉动频率升高的现象。这是对滞动流型局部固含率巧首次量化研究。后来，Kehoe和Davidson使用电容探针、X射线及摄影成像的方法对节涌流化床进行研究，肉眼观察到舌形流体在床层中曲折穿行，电容探针检测到与Lannean类似的固含率脉动幅度降低与脉动频率升高的现象，且摄像法捕捉到的空义与普通气泡不同。于是，他们将该流型称为湍动状态，并被公认为湍动流态化这一概念的提出者。

湍动流化床中的颗粒减速现象

湍动流化床中存在上下两个颗粒减速的特定区域。其中，上部减速区是由于扩大段导致局部流速降低、颗粒浓度增大而产生的，与提升管顶部强约束型出口产生的减速区情况类似。流化段的高度决定了出口减速区的位置，进而影响充分发展区与加速区的长度甚至存续与否。而下部减速区的产生源于过渡段固含率沿床高急剧降低，气体流速随气含率增大而降低所导致的固体减速效应。下部减速区的位置受静床高与表观气速两者影响，其变化规律与过渡段位置的升降趋势一致。

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