测量颗粒流体两相流反应器内流体相组分浓度分布的方法

摘要

测量颗粒流体两相流反应器内组分浓度分布的方法，包括如下步骤：S1，计算颗粒流体两相流反应器测量区域内每个微元内的质量守恒方程、动量守恒方程，得到每个微元的流固速度和颗粒浓度分布；S2，获得稀密相结构参数在空间的离散分布构成的矩阵；S3，获得稀相和密相的组分浓度；S4，由稀相和密相的组分浓度计算微元内的流体平均密度，若流体平均密度满足精度要求，则输出流固速度，颗粒浓度和组分浓度，并结束操作；否则，将计算得到的稀密相内流体平均密度代入步骤S1中，开始下一次迭代。本发明将多尺度流动结构引入到颗粒流体传质测量过程中，充分考虑了局部传质的不均衡性，更加准确地测量颗粒流体两相流反应器内组分浓度分布。

权利要求

1.测量颗粒流体两相流反应器内组分浓度分布的方法，包括如下步骤：

S1，计算颗粒流体两相流反应器测量区域内每个微元内的质量守恒方程、动量守恒方程，得到每个微元的流固速度和颗粒浓度εs；

S2，获得稀密相结构参数在空间的离散分布构成的矩阵，分别为：[f]，[εc]，[εf]，[dcl]，其中代表稀相流体表观速度，代表稀相颗粒表观速度，代表密相流体表观速度，代表密相颗粒表观速度，f代表团聚物密相体积分数，代表介观界面加速度，代表密相加速度，代表稀相加速度，dcl代表密相团聚物直径，εc代表密相空隙率；εf代表稀相空隙率；所述获得稀密相结构参数在空间的离散分布构成的矩阵，具体包括如下步骤：

1)根据反应器整体操作条件，计算得到满足全局动力学的非稳态、非线性方程组的所有变量根的组合(εc，εf，f，dcl，)，所述非稳态、非线性方程组包括：

单位体积微元空间内，浓相团聚物颗粒曳力Fd，c平衡方程：

$m_c{F}_{d,c}=\frac{1-{ϵ}_c}{\pi d_s^3/6}{C}_{D,c}\frac{1}{2}{\rho }_g\left|{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},c}\right|{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{silp},c}\frac{\pi }{4}{d}_s^2=({\rho }_s-{\rho }_g)(1-{ϵ}_g)({\overrightarrow{a}}_c-\overrightarrow{g});$单位体积微元空间内，稀相颗粒受曳力Fd，f平衡方程：

$m_f{F}_{d,f}=\frac{1-{ϵ}_f}{\pi d_s^3/6}{C}_{D,f}\frac{1}{2}{\rho }_g\left|{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},f}\right|{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{silp},f}\frac{\pi }{4}{d}_s^2=({\rho }_s-{\rho }_g)(1-{ϵ}_f)({\overrightarrow{a}}_f-\overrightarrow{g});$单位体积微元空间内介观相界面的曳力Fd，i平衡方程：

$m_i{F}_{d,i}=\frac{f}{\pi d_{\mathrm{cl}}^3/6}{C}_{D,i}\frac{1}{2}{\rho }_g\left|{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},i}\right|{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},i}\frac{\pi }{4}{d}_{\mathrm{cl}}^2=f({\rho }_s-{\rho }_g)({ϵ}_g-{ϵ}_c)({\overrightarrow{a}}_i-\overrightarrow{g});$颗粒和流体相的质量守恒方程：

${\overrightarrow{U}}_g=f{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{gc}}+(1-f){\overrightarrow{U}}_{\mathrm{gf}};$${\overrightarrow{U}}_s=f{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{sc}}+(1-f){\overrightarrow{U}}_{\mathrm{sf}};$εg＝fεc+(1-f)εf；

其中，ρ表示密度，其下标的意义将在后面介绍；表示密相流体表观速度；表示稀相流体表观速度，表示密相颗粒表观速度；表示稀相颗粒表观速度；表示密相颗粒流体滑移速度；表示稀相颗粒流体滑移速度；表示相间滑移速度；εg表示平均空隙率；εc表示密相空隙率；εf表示稀相空隙率；ds表示颗粒直径；dc1表示密相团聚物直径；表示密相加速度；表示稀相加速度；表示介观界面加速度；表示重力加速度；下标g表示流体相；下标s表示固相；下标c表示浓相；下标f表示稀相，下标i表示介观相；CD，c表示密相平均单颗粒曳力系数；CD，f表示稀相平均单颗粒曳力系数；CD，i表示介观相间平均单个团聚物曳力系数，mc代表单位床层中密相颗粒个数，mf代表单位床层中稀相颗粒个数，mi代表单位床层中团聚物个数，具体如下：$C_{D,f}=(24+3.6{\mathrm{Re}}_f^{0.687})/\left({\mathrm{Re}}_f{{ϵ}_f}^{4.7}\right),$ ${\mathrm{Re}}_f=d_s{\rho }_g\left|{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},f}\right|/{\mu }_g$$C_{D,c}=(24+3.6{\mathrm{Re}}_c^{0.687})/\left({\mathrm{Re}}_c{{ϵ}_c}^{4.7}\right),$ ${\mathrm{Re}}_c=d_s{\rho }_g\left|{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},c}\right|/{\mu }_g$$C_{D,i}=(24+3.6{\mathrm{Re}}_i^{0.687})/\left[{\mathrm{Re}}_i{(1-f)}^{4.7}\right],$ ${\mathrm{Re}}_i=d_s{\rho }_g\left|{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},i}\right|/{\mu }_g$其中μg为流体粘度

各表观滑移速度为：

${\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},c}={\overrightarrow{U}}_{\mathrm{gc}}-{ϵ}_c{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{sc}}/(1-{ϵ}_c)$${\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},f}={\overrightarrow{U}}_{\mathrm{gf}}-{ϵ}_f{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{sf}}/(1-{ϵ}_f)$${\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},i}=[{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{gf}}{ϵ}_f{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{sc}}/(1-{ϵ}_c)](1-f)$密相团聚物直径为：

$d_{\mathrm{cl}}=\frac{{\left(N_{\mathrm{st}}\right)}_{\max }-{\left(N_{\mathrm{st}}\right)}_{\mathrm{mf}}}{N_{\mathrm{st}}-{\left(N_{\mathrm{st}}\right)}_{\mathrm{mf}}}{d}_s$其中，下标mf代表εg＝εmf时的广义最小流化状态，εmf代表最小流化状态时的空隙率，下标max代表εg＝εmax时的稀疏极限状态，εmax为存在颗粒团聚的最大空隙率；Nst代表单位质量的颗粒悬浮输送能量，

极值条件为单位质量的颗粒悬浮输送能量最小：

$N_{\mathrm{st}}=\frac{{\rho }_s-{\rho }_g}{{\rho }_s}[U_g-\frac{{ϵ}_f-{ϵ}_g}{1-{ϵ}_g}f(1-f)U_{\mathrm{gf}}]g\to \min ;$所述整体操作条件包括床内流体相表观速度Ug和固相表观速度Us；

2)从所有变量根的组合中，寻找满足极值条件为单位质量的颗粒悬浮输送能量最小的最优根，得到其中的介观结构参数，所述介观结构参数包括密相空隙率εc、稀相空隙率εf和密相团聚物直径dc1；

3)由每个微元的流固速度颗粒浓度εs和介观结构参数(εc，εf，dcl)，在反应器的每个微元空间求解满足微观局部流动动力学非稳态、非线性方程组的所有变量根的组合；所述的变量根的组合包括：稀相流体表观速度稀相颗粒表观速度密相流体表观速度密相颗粒表观速度团聚物密相体积分数f，介观界面加速度密相加速度稀相加速度密相空隙率εc，稀相空隙率εf和密相团聚物直径dcl；

4)由上步骤3)的变量根的组合，从中得到满足极值条件为单位质量的颗粒悬浮输送能量最小的最优根；所有微元空间最优根的组合构成稀密相结构参数在空间的离散分布的矩阵；

S3，获得稀相和密相的组分浓度(xc，xf)，具体包括如下步骤：

1)根据所述稀密相结构参数的空间离散分布所构成矩阵和相间质量交换方程计算每一个微元内稀密相间质量交换速率，所述相间质量交换方程为：

$\frac{\partial \left(f{ϵ}_c{\rho }_{\mathrm{gc}}\right)}{\partial t}+▿·\left(f{\rho }_{\mathrm{gc}}{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{gc}}\right)-f(1-{ϵ}_c)k_{c,s}{a}_s{\rho }_{\mathrm{gc}}(x_{\mathrm{surf}}-x_c)=m_{\mathrm{ex},i};$

2)根据所述稀密相结构参数的空间离散分布构成矩阵和微元内稀密相间质量交换速率，在每一微元内求解稀相和密相组分传质微分方程，得到稀相和密相的组分浓度，所述密相组分传质微分方程为：

$\frac{\partial \left(f{ϵ}_c{\rho }_{\mathrm{gc}}{x}_c\right)}{\partial t}+▿·({\rho }_{\mathrm{gc}}{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{gc}}{x}_c-f{ϵ}_c{D}_m{\rho }_{\mathrm{gc}}▿x_c)-f{k}_{c,s}(1-{ϵ}_c)a_s{\rho }_{\mathrm{gc}}(x_{\mathrm{surf}}-x_c)$$+{\left({ϵ}_g{D}_m\frac{\left|{ϵ}_s\right|}{\left|{ϵ}_g\right|}\right)}^{1/2}{\left(\right|{\overrightarrow{a}}_c-{\overrightarrow{a}}_i|/d_{c1})}^{1/4}{a}_{c1}(x_c-x_f)+m_{\mathrm{ex},i}{x}_i=0$所述稀相组分传质微分方程为：

$\frac{\partial \left[(1-f){ϵ}_f{\rho }_{\mathrm{gf}}{x}_f\right]}{\partial t}+▿·[{\rho }_{\mathrm{gf}}{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{gf}}{x}_f-(1-f){ϵ}_f{D}_m{\rho }_{\mathrm{gf}}▿x_f]$$-(1-f)k_{f,s}(1-{ϵ}_f)a_s{\rho }_{\mathrm{gf}}(x_{\mathrm{surf}}-x_f)-{\left({ϵ}_g{D}_m\frac{\left|{ϵ}_s\right|}{\left|{ϵ}_g\right|}\right)}^{1/2}{\left(\right|{\overrightarrow{a}}_c-{\overrightarrow{a}}_i|/d_{c1})}^{1/4}{a}_{c1}(x_c-x_f)-m_{\mathrm{ex},i}{x}_i=0$其中，ρgc表示密相流体密度；ρgf表示稀相流体密度；表示密相流体表观速度；表示稀相流体表观速度；εg表示平均空隙率；εc表示密相空隙率；εf表示稀相空隙率；Dm表示分子扩散速率；f表示团聚物密相体积分数；kc，s表示团聚物密相内颗粒流体传质系数；kf，s表示稀相内颗粒流体传质系数；as表示颗粒比表面积；ac1表示单位床层团聚物的外比表面积密相向稀相传质项；mex，i表示稀密相间质量交换速率；dcl表示密相团聚物直径；t表示时间；xc表示密相组分浓度；xf表示稀相组分浓度；xsurf表示颗粒表面组分浓度；上述参数设置如下：$m_{\mathrm{ex},i}{x}_i=\left\{\begin{array}{c}{m}_{\mathrm{ex},i}{x}_c,m_{\mathrm{ex},i}<0\\ m_{\mathrm{ex},i}{x}_f,m_{\mathrm{ex},i}>0\end{array}\right.$ac1＝6f/dcl

$k_{c,s}=\frac{D_m}{d_s}[2.0+0.6{\left(\frac{{\rho }_{\mathrm{gc}}{d}_s\left|{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},c}\right|}{{ϵ}_c{\mu }_g}\right)}^{1/2}{\mathrm{Sc}}^{1/3}],{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},c}={\overrightarrow{U}}_{\mathrm{gc}}-{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{sc}}{ϵ}_c/(1-{ϵ}_c)$$k_{f,s}=\frac{D_m}{d_s}[2.0+0.6{\left(\frac{{\rho }_{\mathrm{gf}}{d}_s\left|{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},f}\right|}{{ϵ}_f{\mu }_g}\right)}^{1/2}{\mathrm{Sc}}^{1/3}],{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},f}={\overrightarrow{U}}_{\mathrm{gf}}-{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{sf}}{ϵ}_f/(1-{ϵ}_f);$S4，由稀相和密相的组分浓度计算微元内的流体平均密度，若所得到的流体平均密度和步骤S1中质量守恒方程和动量守恒方程采用的流体密度之差满足精度要求，则输出流固速度，颗粒浓度和组分浓度，并结束操作；否则，将计算得到的稀密相内流体平均密度代入步骤S1的质量守恒方程和动量守恒方程中，开始下一次迭代。

2.根据权利要求1所述的测量颗粒流体两相流反应器内组分浓度分布的方法，所述颗粒流体两相流反应器是流化床反应器。

3.根据权利要求1所述的测量颗粒流体两相流反应器内组分浓度分布的方法，通过有限容积法或有限差分法或有限元法求解所述稀相和密相组分传质微分方程。

说明书

技术领域

本发明涉及颗粒流体两相流反应器，特别涉及一种测量颗粒流体两相流反应器内颗粒与流体传质过程中被传递组分浓度分布的方法。

背景技术

颗粒流体两相流反应器广泛应用于过程工业领域。颗粒流体系统中的传质过程与复杂流动因素密切相关，进而关系到本征反应速率和表观反应速率之间的联系，以及流体相组分浓度分布，最终影响颗粒流体两相流反应器的设计与放大。因此，如何有效预测颗粒流体两相流反应器内颗粒流体间的传质过程以及组分浓度分布至关重要。
目前，颗粒流体两相流反应器内颗粒流体间传质系数的计算主要依靠关联实验数据。由于影响颗粒流体传质的因素众多，尤其是流动结构参数的影响难以预测，另外，也受实验条件和规模的限制，关联得到的经验公式缺乏普适性(参见参考文献1：Breault，R.W.PowderTechnology，Vol.163，P.9(2006))。已有文献(参见参考文献2：Wang，W.，Li，J.Chem.Eng.Sci.，Vol.62，P.208(2007))表明，结构因素对于预测颗粒流体两相流反应器流动参数分布至关重要，但是如何结合结构因素，预测颗粒流体传质能力的技术还未见报道。而忽略结构所带来的传质效应，必然会导致预测的颗粒流体传质系数偏离真实。因此，必须考虑结构的影响，才能准确把握传质、反应规律，准确预测颗粒流体两相流反应器(如石油工业中常见的流化催化裂化(FCC)反应器，电力行业中的循环流化床锅炉(CFBB)等核心设备)的传质、反应能力，实现可靠的设计、运行、控制与放大。
颗粒流体两相流反应器内颗粒流体传质过程受非均匀结构的影响，主要体现为：
1、由于结构的影响，颗粒流体传质存在局部不均匀性，实际传质能力不仅受局部流动结构和物性参数的影响，还受到传质历史经历的限制，仅依靠局部的流动信息，无法实现具有结构的传质分析。
2、组分浓度在局部存在非均匀分布，使得在实验过程中如何获得和测定具有代表性的组分样品较为困难，实验难度更加影响到关联数据的准确度。
已有技术中，对于颗粒流体两相流反应器内流体相组分浓度分布的测量方法，比如文献3：Schoenfelder H.，Kruse M.and Werther J.，AIChE J.Vol.42，P.1875，(1996)中公开的技术，流动结构建立在稳态、经验性的数据基础之上，缺乏流动结构实时、动态的变化影响，得到的计算方法很难从原有实验条件外推至工业条件当中，因而应用和推广都受到限制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中未考虑结构对颗粒流体传质过程的影响的不足，提供一种可以精确测量颗粒流体两相流反应器内组分浓度分布的方法。
为此，本发明提供一种测量颗粒流体两相流反应器内组分浓度分布的方法，包括如下步骤：
S1，计算颗粒流体两相流反应器测量区域内每个微元内的质量守恒方程、动量守恒方程，得到每个微元的流固速度和颗粒浓度εs；
S2，获得稀密相结构参数在空间的离散分布构成的矩阵，分别为：[f]，[εc]，[εf]，[dcl]，其中代表稀相流体表观速度，代表稀相颗粒表观速度，代表密相流体表观速度，代表密相颗粒表观速度，f代表密相体积分数，代表介观界面加速度，代表密相加速度，代表稀相加速度，dcl代表密相团聚物直径，εc代表密相空隙率；εf代表稀相空隙率；所述获得稀密相结构参数在空间的离散分布构成的矩阵，具体包括如下步骤：
1)根据反应器整体操作条件，计算得到满足全局动力学的非稳态、非线性方程组的所有变量根的组合所述非稳态、非线性方程组包括：
单位体积微元空间内，浓相团聚物颗粒曳力Fd，c平衡方程：
$m_c{F}_{d,c}=\frac{1-{ϵ}_{\mathrm{gc}}}{\pi d_s^3/6}{C}_{D,c}\frac{1}{2}{\rho }_g\left|{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},c}\right|{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},c}\frac{\pi }{4}{d}_s^2=({\rho }_s-{\rho }_g)(1-{ϵ}_g)({\overrightarrow{a}}_c-\overrightarrow{g});$
单位体积微元空间内，稀相颗粒受曳力Fd，f平衡方程：
$m_f{F}_{d,f}=\frac{1-{ϵ}_{\mathrm{gf}}}{\pi d_s^3/6}{C}_{D,f}\frac{1}{2}{\rho }_g\left|{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},f}\right|{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},f}\frac{\pi }{4}{d}_s^2=({\rho }_s-{\rho }_g)(1-{ϵ}_{\mathrm{gf}})({\overrightarrow{a}}_f-\overrightarrow{g});$
单位体积微元空间内介观相界面的曳力Fd，i平衡方程：
$m_i{F}_{d,i}=\frac{\mathrm{fϵ}}{\pi d_{\mathrm{cl}}^3/6}{C}_{D,i}\frac{1}{2}{\rho }_g\left|{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},i}\right|{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},i}\frac{\pi }{4}{d}_{\mathrm{cl}}^2=f({\rho }_s-{\rho }_g){(ϵ}_g-{ϵ}_c)({\overrightarrow{a}}_i-\overrightarrow{g});$
颗粒和流体相的质量守恒方程：
${\overrightarrow{U}}_g=f{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{gc}}+(1-f){\overrightarrow{U}}_{\mathrm{gf}};$
${\overrightarrow{U}}_s=f{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{sc}}+(1-f){\overrightarrow{U}}_{\mathrm{sf}};$
${ϵ}_g=f{ϵ}_c+(1-f){ϵ}_f;$
其中，ρ表示密度，其下标的意义将在后面介绍；表示密相流体表观速度；表示稀相流体表观速度，表示密相颗粒表观速度；表示稀相颗粒表观速度；表示密相颗粒流体滑移速度；表示稀相颗粒流体滑移速度；表示相间滑移速度；εg表示平均空隙率；εc表示密相空隙率；εf表示稀相空隙率；ds表示颗粒直径；dcl表示团聚物直径；表示密相加速度；表示稀相加速度；表示介观界面加速度；表示重力加速度；下标g表示流体相；下标s表示固相；下标c表示浓相；下标f表示稀相，下标i表示介观相；CD，c表示密相平均单颗粒曳力系数；CD，f表示稀相平均单颗粒曳力系数；CD，i表示介观相间平均单个团聚物曳力系数，mc代表单位床层中密相颗粒个数，mf代表单位床层中稀相颗粒个数，mi代表单位床层中团聚物个数，具体如下：
$C_{D,f}=(24+3.6{\mathrm{Re}}_f^{0.687})/\left({\mathrm{Re}}_f{{ϵ}_f}^{4.7}\right),$ ${\mathrm{Re}}_f=d_s{\rho }_g\left|{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},f}\right|/{\mu }_g$
$C_{D,c}=(24+3.6{\mathrm{Re}}_c^{0.687})/\left({\mathrm{Re}}_c{{ϵ}_c}^{4.7}\right),$ ${\mathrm{Re}}_c=d_s{\rho }_g\left|{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},c}\right|/{\mu }_g$
$C_{D,i}=(24+3.6{\mathrm{Re}}_i^{0.687})/\left[{\mathrm{Re}}_i{(1-f)}^{4.7}\right],$ ${\mathrm{Re}}_i=d_s{\rho }_g\left|{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},i}\right|/{\mu }_g$
其中μg为流体粘度
各表观滑移速度为：
${\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},c}={\overrightarrow{U}}_{\mathrm{gc}}-{ϵ}_c{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{sc}}/(1-{ϵ}_c)$
${\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},f}={\overrightarrow{U}}_{\mathrm{gf}}-{ϵ}_f{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{sf}}/(1-{ϵ}_f)$
${\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},i}=[{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{gf}}-{ϵ}_f{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{sc}}/(1-{ϵ}_c)](1-f)$
团聚物直径为：
$d_{\mathrm{cl}}=\frac{{\left(N_{\mathrm{st}}\right)}_{\max }-{\left(N_{\mathrm{st}}\right)}_{\mathrm{mf}}}{N_{\mathrm{st}}-{\left(N_{\mathrm{st}}\right)}_{\mathrm{mf}}}{d}_s$
其中，下标mf代表εg＝εmf时的广义最小流化状态，εmf代表最小流化状态时的空隙率，下标max代表εg＝εmax时的稀疏极限状态，εmax为存在颗粒团聚的最大空隙率；Nst代表单位质量的颗粒悬浮输送能量，
极值条件为单位质量的颗粒悬浮输送能量最小：
$N_{\mathrm{st}}=\frac{{\rho }_s-{\rho }_g}{{\rho }_s}[U_g-\frac{{ϵ}_f-{ϵ}_g}{1-{ϵ}_g}f(1-f)U_{\mathrm{gf}}]g\to \min ;$
所述整体操作条件包括床内流体相表观速度Ug和固相表观速度Us；
2)从所有变量根的组合中，寻找满足极值条件为单位质量的颗粒悬浮输送能量最小的最优根，得到其中的介观结构参数，所述介观结构参数包括密相空隙率εc、稀相空隙率εf和团聚物直径dcl；
3)由每个微元的流固速度颗粒浓度εs和介观结构参数(εc，εf，dcl)，在反应器的每个微元空间求解满足微观局部流动动力学非稳态、非线性方程组的所有变量根的组合；所述的变量根的组合包括：稀相流体表观速度稀相颗粒表观速度团聚物密相流体表观速度团聚物密相颗粒表观速度密相体积分数f，介观界面加速度密相加速度稀相加速度密相空隙率εc，稀相空隙率εf和团聚物直径dcl；
4)由上步骤3)的变量根的组合，从中得到满足极值条件为单位质量的颗粒悬浮输送能量最小的最优根；所有微元空间最优根的组合构成稀密相结构参数在空间的离散分布的矩阵；
S3，获得稀相和密相的组分浓度(xc，xf)，具体包括如下步骤：
1)根据所述稀密相结构参数的空间离散分布所构成矩阵和相间质量交换方程计算每一个微元内稀密相间质量交换速率，所述相间质量交换方程为：
$\frac{\partial \left(f{ϵ}_c{\rho }_{\mathrm{gc}}\right)}{\partial t}+▿·\left(f{\rho }_{\mathrm{gc}}{\overrightarrow{U}}_c\right)-f(1-{ϵ}_c)k_{c,s}{a}_s{\rho }_{\mathrm{gc}}(x_{\mathrm{surf}}-x_c)=m_{\mathrm{ex},i};$
2)根据所述稀密相结构参数的空间分布构成矩阵和微元内稀密相间质量交换速率，在每一微元内求解稀相和密相组分传质方程，得到稀相和密相的组分浓度，所述密相组分传质微分方程为：
$\frac{\partial \left(f{ϵ}_c{\rho }_{\mathrm{gc}}{x}_c\right)}{\partial t}+▿·({\rho }_{\mathrm{gc}}{\overrightarrow{U}}_c{x}_c-f{ϵ}_c{D}_m{\rho }_{\mathrm{gc}}▿x_c)-{\mathrm{fk}}_{c,s}(1-{ϵ}_c)a_s{\rho }_{\mathrm{gc}}(x_{\mathrm{surf}}-x_c)$
$+{\left({ϵ}_g{D}_m\frac{\left|{ϵ}_s\right|}{\left|{ϵ}_g\right|}\right)}^{1/2}{\left(\right|{\overrightarrow{a}}_c-{\overrightarrow{a}}_i|/d_{\mathrm{cl}})}^{1/4}{a}_{\mathrm{cl}}(x_c-x_f)+m_{\mathrm{ex},i}{x}_i=0$
所述稀相组分传质微分方程为：
$\frac{\partial \left[(1-f){ϵ}_f{\rho }_{\mathrm{gf}}{x}_f\right]}{\partial t}+▿·[{\rho }_{\mathrm{gf}}{\overrightarrow{U}}_f{x}_f-(1-f){ϵ}_f{D}_m{\rho }_{\mathrm{gf}}▿x_f]$
$-(1-f)k_{f,s}(1-{ϵ}_f)a_s{\rho }_{\mathrm{gf}}(s_{\mathrm{surf}}-x_f)-{\left({ϵ}_g{D}_m\frac{\left|{ϵ}_s\right|}{\left|{ϵ}_g\right|}\right)}^{1/2}{\left(\right|{\overrightarrow{a}}_c-{\overrightarrow{a}}_i|/d_{\mathrm{cl}})}^{1/4}{a}_{\mathrm{cl}}(x_c-x_f)-m_{\mathrm{ex},i}{x}_i=0$
其中，ρgc表示密相流体密度；ρgf表示稀相流体密度；表示密相流体表观速度；表示稀相流体表观速度；εg表示平均空隙率；εc表示密相空隙率；εf表示稀相空隙率；Dm表示分子扩散速率；f表示团聚物密相体积分率；kc，s表示团聚物密相内颗粒流体传质系数；kf，s表示稀相内颗粒流体传质系数；as表示颗粒比表面积；acl表示单位床层团聚物的外比表面积密相向稀相传质项；mex，i表示稀密相间质量交换速率；dcl表示团聚物直径；t表示时间；xc表示密相组分浓度；xf表示稀相组分浓度；
xsurf表示颗粒表面组分浓度；上述参数设置如下：
$m_{\mathrm{ex},i}{x}_i=\left\{\begin{array}{c}{m}_{\mathrm{ex},i}{x}_c,m_{\mathrm{ex},i}<0\\ m_{\mathrm{ex},i}{x}_f,m_{\mathrm{ex},i}>0\end{array}\right.$
acl＝6f/dcl
$k_{c,s}=\frac{D_m}{d_s}[2.0+0.6{\left(\frac{{\rho }_{\mathrm{gc}}{d}_s\left|{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},c}\right|}{{ϵ}_c\mu }\right)}^{1/2}S{c}^{1/3}],{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},c}={\overrightarrow{U}}_{\mathrm{gc}}-{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{sc}}{ϵ}_c/(1-{ϵ}_c)$
$k_{f,s}=\frac{D_m}{d_s}[2.0+0.6{\left(\frac{{\rho }_{\mathrm{gf}}{d}_s\left|{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},f}\right|}{{ϵ}_f\mu }\right)}^{1/2}S{c}^{1/3}],{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},f}={\overrightarrow{U}}_{\mathrm{gf}}-{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{sf}}{ϵ}_f/(1-{ϵ}_f);$
S4，由稀相和密相的组分浓度计算微元内的流体平均密度，若所得到的流体平均密度和步骤S1中质量守恒方程和动量守恒方程采用的流体密度之差满足精度要求，则输出流固速度，颗粒浓度和组分浓度，并结束操作；否则，将计算得到的稀密相内流体平均密度代入步骤S1的质量守恒方程和动量守恒方程中，开始下一次迭代。
在上述技术方案中，所述颗粒流体两相流反应器是流化床反应器。
在上述技术方案中，通过有限容积法或有限差分法或有限元法求解所述稀相和密相组分传质方程。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
将多尺度流动结构引入到颗粒流体传质测量过程中，充分考虑了局部传质的不均衡性，从而更加准确地测量颗粒流体两相流反应器内组分浓度分布，以及颗粒流体间的传质过程，为颗粒流体两相流反应器的设计、控制以及工艺放大提供参考和指导。

附图说明

图1为本发明的测量颗粒流体两相流反应器内组分浓度分布参数的流程图；
图2为本发明考虑结构因素后真实的气固传质速率与已有技术不考虑结构的平均化气固传质速率之比η；
图3为本发明一实例中截面平均的臭氧无量纲浓度沿高度的分布图；
图4为本发明一实例中截面平均的臭氧无量纲浓度沿高度的分布图；
图5为本发明一实例中截面平均氧气相对浓度沿高度的分布图；
—本发明预测值    --不考虑结构的预测值    ■实验值

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
颗粒流体两相流反应器包括循环流化煅烧炉、煤粉炉、循环流化床反应器和气固并流向上提升管等。本发明的方法是基于一种多尺度结构动力学模型和双流体模型，通过流动结构的二次解析，并建立针对不同尺度结构的传质方程，实现多尺度结构下的传质计算和分析。在具体实施前先对多尺度结构动力学模型以及传质模型进行解释。
多尺度结构动力学模型是指：模型通过在多个特征时间尺度和特征空间尺度上的物理量来计算结构参数和流动参数，物理量之间通过守恒方程和极值条件进行关联。其中，极值多尺度结构模型在所有尺度上涉及的动力学守恒方程又采用双流体欧拉-欧拉模型。
多尺度传质模型是指：根据多尺度结构动力学模型对微元内平均化的流动结构进行解析，得到多尺度流动结构在整个时空的连续分布，模型通过对不同结构尺度上的颗粒流体传质过程进行守恒分析，实现多尺度的传质模拟预测。
在颗粒流体两相流的任意微元控制体内都存在非均匀多尺度结构，这种结构可以通过多尺度结构动力学模型进行解析获得。解析后的流动结构等效为团聚物密相和离散颗粒流体稀相两种双流体介质，及其界面结构并存的形式。各自的动量方程守恒方程经过转化，可以写成力平衡的形式。以气体颗粒两相流为例：
单位体积微元空间内，浓相团聚物颗粒曳力Fd，c平衡方程：
$m_c{F}_c=\frac{1-{ϵ}_{\mathrm{gc}}}{\pi d_s^3/6}{C}_{D,c}\frac{1}{2}{\rho }_g\left|{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},c}\right|{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},c}\frac{\pi }{4}{d}_p^2=({\rho }_s-{\rho }_g)(1-{ϵ}_g)({\overrightarrow{a}}_c-\overrightarrow{g})---\left(1\right)$
单位体积微元空间内，稀相颗粒受曳力Fd，f平衡方程：
$m_f{F}_f=\frac{1-{ϵ}_{\mathrm{gf}}}{\pi d_s^3/6}{C}_{D,f}\frac{1}{2}{\rho }_g\left|{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},f}\right|{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},f}\frac{\pi }{4}{d}_p^2=({\rho }_s-{\rho }_g)(1-{ϵ}_{\mathrm{gf}})({\overrightarrow{a}}_f-\overrightarrow{g})---\left(2\right)$
单位体积微元空间内介观相界面的曳力Fd，i平衡方程：
$m_i{F}_i=\frac{f}{\pi d_{c1}^3/6}{C}_{D,i}\frac{1}{2}{\rho }_g\left|{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},i}\right|{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},i}\frac{\pi }{4}{d}_{c1}^2=f({\rho }_s-{\rho }_g)({ϵ}_g-{ϵ}_c)({\overrightarrow{a}}_i-\overrightarrow{g})---\left(3\right)$
颗粒和气体相的质量守恒方程：
${\overrightarrow{U}}_g=f{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{gc}}+(1-f){\overrightarrow{U}}_{\mathrm{gf}}---\left(4\right)$
${\overrightarrow{U}}_s=f{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{sc}}+(1-f){\overrightarrow{U}}_{\mathrm{sf}}---\left(5\right)$
εg＝fεc+(1-f)εf                 (6)
其中，ρ表示密度，其下标的意义将在后面介绍；表示密相气体表观速度；表示稀相气体表观速度，表示密相颗粒表观速度；表示稀相颗粒表观速度；表示密相颗粒气体滑移速度；表示稀相颗粒气体滑移速度；表示相间滑移速度；εg表示平均空隙率；εc表示密相空隙率；εf表示稀相空隙率；ds表示颗粒直径；dcl表示团聚物直径；表示密相加速度；表示稀相加速度；表示介观界面加速度；表示重力加速度；下标g表示气相；下标s表示固相；下标c表示密相；下标f表示稀相，下标i表示介观相；CD，c表示密相平均单颗粒曳力系数；CD，f表示稀相平均单颗粒曳力系数；CD，i表示介观相间平均单个团聚物曳力系数，，mc代表单位床层中密相颗粒个数，mf代表单位床层中稀相颗粒个数，mi代表单位床层中团聚物个数具体如下：
$C_{D,f}=(24+3.6{\mathrm{Re}}_f^{0.687})/\left(\mathrm{Re}{{ϵ}_f}^{4.7}\right),$ ${\mathrm{Re}}_f=d_p{\rho }_g\left|{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},f}\right|/{\mu }_g$
$C_{D,c}=(24+3.6{\mathrm{Re}}_c^{0.687})/\left(\mathrm{Re}{{ϵ}_c}^{4.7}\right),$ ${\mathrm{Re}}_c=d_p{\rho }_g\left|{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},c}\right|/{\mu }_g$
$C_{D,i}=(24+3.6{\mathrm{Re}}_i^{0.687})/\left[{\mathrm{Re}}_i{(1-f)}^{4.7}\right],$ ${\mathrm{Re}}_i=d_p{\rho }_g\left|{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},i}\right|/{\mu }_g$
各表观滑移速度具体为：
${\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},c}={\overrightarrow{U}}_{\mathrm{gc}}-{ϵ}_c{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{sc}}/(1-{ϵ}_c)$
${\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},f}={\overrightarrow{U}}_{\mathrm{gf}}-{ϵ}_f{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{sf}}/(1-{ϵ}_f)$
${\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},i}=[{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{gf}}-{ϵ}_f{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{sc}}/(1-{ϵ}_c)](1-f)$
团聚物直径定义如下：
$d_{\mathrm{cl}}=\frac{{\left(N_{\mathrm{st}}\right)}_{\max }-{\left(N_{\mathrm{st}}\right)}_{\mathrm{mf}}}{N_{\mathrm{st}}-{\left(N_{\mathrm{st}}\right)}_{\mathrm{mf}}}{d}_s---\left(7\right)$
其中，下标mf代表εg＝εmf时的广义最小流化状态，εmf代表最小流化状态时的空隙率，下标max代表εg＝εmax时的稀疏极限状态，εmax为存在颗粒团聚的最大空隙率；Nst代表单位质量的颗粒悬浮输送能量。
极值条件为：
$N_{\mathrm{st}}=\frac{{\rho }_s-{\rho }_g}{{\rho }_s}[U_g-\frac{{ϵ}_f-{ϵ}_g}{1-{ϵ}_g}f(1-f)U_{\mathrm{gf}}]g\to \min ---\left(8\right)$
上述(12)-(18)为动力学守恒方程，观察可知仅由此7个方程无法实现含有11个变量的方程组的封闭求解，还需要极值多尺度结构模型中的极值条件。
通过颗粒和气体两相运动机制的协调分析，发现气体运动的趋势是选择阻力最小的路径，而颗粒的运动是在边界条件控制的范围内趋于势能最小或者团聚。两种运动机制相互协调产生了多尺度模型的极值条件，即单位质量的颗粒悬浮输送能量趋于最小(Nst→min)。
至此，极值多尺度结结构模型中11个流动及结构参数可通过7个守恒方程和1个极值条件组成的极值问题实现数学求解。即：在给定物性和流动参数等条件下，求解满足动力学方程(12)-(18)的所有可能根中同时满足极值条件Nst→min的根，其数学表达为
Min Nst(X)s.t.Fi(X)＝0，i＝1，2，......7.    (9)
所述密相组分传质微分方程为：
$\frac{\partial \left(f{ϵ}_c{\rho }_{\mathrm{gc}}{x}_c\right)}{\partial t}+▿·({\rho }_{\mathrm{gc}}{\overrightarrow{U}}_c{x}_c-f{ϵ}_c{D}_m{\rho }_{\mathrm{gc}}▿x_c)-f{k}_{c,s}(1-{ϵ}_c)a_s{\rho }_{\mathrm{gc}}(x_{\mathrm{surf}}-x_c)$
$+{\left({ϵ}_g{D}_m\frac{\left|{ϵ}_s\right|}{\left|{ϵ}_g\right|}\right)}^{1/2}{\left(\right|{\overrightarrow{a}}_c-{\overrightarrow{a}}_i|/d_{\mathrm{cl}})}^{1/4}{a}_{\mathrm{cl}}(x_c-x_f)+m_{\mathrm{ex},i}{x}_i=0---\left(10\right)$
所述稀相组分传质微分方程为：
$\frac{\partial \left[(1-f){ϵ}_f{\rho }_{\mathrm{gf}}{x}_f\right]}{\partial t}+▿·[{\rho }_{\mathrm{gf}}{\overrightarrow{U}}_f{x}_f-(1-f){ϵ}_f{D}_m{\rho }_{\mathrm{gf}}▿x_f]$
$-(1-f)k_{f,s}(1-{ϵ}_f)a_s{\rho }_{\mathrm{gf}}(s_{\mathrm{surf}}-x_f)-{\left({ϵ}_g{D}_m\frac{\left|{ϵ}_s\right|}{\left|{ϵ}_g\right|}\right)}^{1/2}{\left(\right|{\overrightarrow{a}}_c-{\overrightarrow{a}}_i|/d_{\mathrm{cl}})}^{1/4}{a}_{\mathrm{cl}}(x_c-x_f)-m_{\mathrm{ex},i}{x}_i=0$
                                   (11)
相间质量交换方程
$\frac{\partial \left(f{ϵ}_c{\rho }_{\mathrm{gc}}\right)}{\partial t}+▿·\left(f{\rho }_{\mathrm{gc}}{\overrightarrow{U}}_c\right)-f(1-{ϵ}_c)k_{c,s}{a}_s{\rho }_{\mathrm{gc}}(x_{\mathrm{surf}}-x_c)=m_{\mathrm{ex},i}---\left(12\right)$
其中，ρgc表示密相气体密度；ρgf表示稀相气体密度；表示密相气体表观速度；表示稀相气体表观速度；εg表示平均空隙率；εc表示密相空隙率；εf表示稀相空隙率；Dm表示分子扩散速率；f表示团聚物密相体积分率；kc，s表示团聚物密相内颗粒气体传质系数；kf，s表示稀相内颗粒气体传质系数；as表示颗粒比表面积；acl表示单位床层团聚物的外比表面积密相向稀相传质项；mex，i表示稀密相间质量交换速率；dcl表示团聚物直径；t表示时间；xc表示密相组分浓度；xf表示稀相组分浓度；xsurf表示颗粒表面组分浓度；上述参数设置如下：
$m_{\mathrm{ex},i}{x}_i=\left\{\begin{array}{c}{m}_{\mathrm{ex},i}{x}_c,m_{\mathrm{ex},i}<0\\ m_{\mathrm{ex},i}{x}_f,m_{\mathrm{ex},i}>0\end{array}\right.$
acl＝6f/dcl
$k_{c,s}=\frac{D_m}{d_s}[2.0+0.6{\left(\frac{{\rho }_{\mathrm{gc}}{d}_s\left|{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},c}\right|}{{ϵ}_c\mu }\right)}^{1/2}{\mathrm{Sc}}^{1/3}],$ ${\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},c}={\overrightarrow{U}}_{\mathrm{gc}}-{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{sc}}{ϵ}_c/(1-{ϵ}_c)$
$k_{f,s}=\frac{D_m}{d_s}[2.0+0.6{\left(\frac{{\rho }_{\mathrm{gf}}{d}_s\left|{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},f}\right|}{{ϵ}_f\mu }\right)}^{1/2}{\mathrm{Sc}}^{1/3}],$ ${\overrightarrow{U}}_{\mathrm{slip},f}={\overrightarrow{U}}_{\mathrm{gf}}-{\overrightarrow{U}}_{\mathrm{sf}}{ϵ}_f/(1-{ϵ}_f).$
如图1所示，本发明的的测量颗粒流体两相流反应器内组分浓度参数分布的方法包括以下步骤：
步骤10：根据实际物性和反应器的操作条件情况，初始化流场及边界条件，设定初始的流体密度；
步骤20：利用双流体模型计算(CFD)代码或商业化计算流体力学软件，计算每个微元内的质量守恒方程、动量守恒方程，得到速度、颗粒浓度分布；本步骤所述的计算流体力学软件可采用CFX，Fluent，Phoenics，STAR-CD等；速度和浓度分布可用表示。和分别代表微元内流体和固体的表观速度。εg代表微元内平均空隙率；
步骤30：根据已知的反应器整体操作条件，计算得到满足全局动力学的非稳态、非线性方程组的所有变量根的组合。在本步骤中，非稳态、非线性方程组是指动力学方程(12)-(18)，在这7个方程中，有11个变量，由7个方程得到变量根的组合；
步骤40：从上步骤30所有变量根的组合中，寻找满足极值条件的最优根，并保存其中的介观结构参数εc，εf，dcl，所述的εc表示密相空隙率，所述的εf表示稀相空隙率，所述的dcl表示团聚物直径。在本发明中，极值条件是指单位质量的颗粒悬浮输送能量趋于最小，即Nst→min；
步骤50：由步骤20得到的速度、浓度分布和步骤40得到的介观结构参数(εc，εf，dcl)，在反应器的每个微元空间求解满足微观局部流动动力学非稳态、非线性方程组(12)-(18)的所有变量根的组合；所述的变量根包括：εc，εf，f，dcl，其中代表稀相流体速度，代表稀相颗粒速度，代表团聚物密相流体速度，代表团聚物密相颗粒速度，f代表密相体积分数，代表介观界面加速度，代表密相加速度，代表稀相加速度，εc代表密相空隙率，εf代表稀相空隙率和dcl代表团聚物直径；
步骤60：由步骤50得到的变量根的组合，获得稀密相结构参数在空间的离散分布构成的矩阵，分别为：[f]，[ε]，[εf]，[dcl]，其中代表稀相流体表观速度，代表稀相颗粒表观速度，代表团聚物密相流体表观速度，代表团聚物密相颗粒表观速度，f代表密相体积分数，代表介观界面加速度，代表密相加速度，代表稀相加速度，dcl代表团聚物直径构成的空间，εc代表团聚物密相空隙率；εf代表稀相空隙率；以上所有速度和加速度为矢量，适应于二维或三维空间；
步骤70：根据步骤60得到计算空间区域稀密相结构参数在空间的离散分布所构成的矩阵和相间质量交换方程(23)，计算每一个微元内稀密相间质量交换速率mex，i；
步骤80：根据步骤60得到的稀密相非均匀结构离散化矩阵和步骤70的微元内相间质量交换速率mex，i，在每一微元内进行多尺度传质方程(21)-(22)的离散数值求解，得到稀相和密相的组分浓度(xc，xf)，所述xc代表微元内密相组分浓度，所述xf代表微元内密相组分浓度；该多尺度传质方程的数值计算可以通过比如有限容积法或有限差分法或有限元法完成。
步骤90：根据步骤80得到的组分浓度值(xc，xf)，计算维元内的流体平均密度，若所得新的流体密度和步骤20中质量守恒方程和动量守恒方程采用的流体密度之差满足精度要求，则输出流固速度，颗粒浓度和组分浓度，并结束操作；否则执行下一步。
步骤100：将步骤90计算得到的稀密相内流体密度代入步骤20中，开始下一次迭代。
本发明的测量颗粒流体两相流反应器组分浓度分布可以应用循环流化床气固传质或反应的模拟。由图2可知，考虑了结构因素的传质速率和基于均匀化结构假设的传质速率有很较大区别，二者之比跨越了1～10-4的四个数量级区域。下面通过本发明的几个应用实例来说明本发明的优点。
实例1
本实例将本发明应用于循环流化床FCC臭氧催化分解过程的分解预测。颗粒密度ρp＝1380kg/m3s，气体密度ρf＝1.212kg/m3s，颗粒直径dp＝65μm，操作表观气体速率Ug＝3.8m/s，固体提升管循环量Gs＝106kg/m2s，臭氧分解速率57.21l/s-1。臭氧分解反应为一级反应：O3→1.5O2。提升管床高10.85m，床径0.254m。计算在商业化的CFD软件平台上进行，本发明方法将计算框图的计算思路编制成接口程序嵌入到软件内部进行臭氧分解的模拟。首先提升管构体按照1∶1进行，选择计算方式为双欧拉坐标下的双流体模型；其次根据物料性质设定颗粒、气体性质；提升管内物料堆积设置为自然堆积状态，堆积空隙率为0.6，气体从提升管底部进入，速度设定为3.9m/s，颗粒进口速度采用提升管出口质量流率与进口质量流率相等的方式隐性给定。将计算接口文件调入和编译运行。计算按照与时间相关的动态模拟方式进行，计算时间为40秒。本方法得到臭氧浓度分布和转化率，预测转化率为93.2％，与实际的实验结果91.0％较为符合；而不考虑流动结构的直接模拟所得转化率接近100％，与实验结果相差较大，图3为截面平均浓度沿高度的分布，本发明的模拟结果(—)与实验值(■)吻合较好，而不考虑结构的直接模拟结果(--)则相差较大。
实例2
本实例为苏黎世瑞士联邦理工大学过程工程研究所(Institute ofProcess Engineering，ETH Zurich)建立的循环流化锅炉冷态中型试验装置上的固体颗粒催化臭氧分解预测。该装置由两部分构成：提升管和下降管。臭氧分解在提升管内完成，提升管直径0.411m，高约8.5m，固体颗粒平均直径0.134mm，颗粒密度3320kg/m3，反应温度60℃。设计一次风量1000Nm3/h，二次风量1600Nm3/h。臭氧分解为一级反应，反应速率26～62s-1。在商业软件平台上将本发明方法用于预测非均流动结构条件下的匀臭氧浓度分布，以替代不考虑流动结构对臭氧分解影响的平均化方法。计算时首先对中型试验装置采用1∶1的比例进行几何构体，选择计算方式为欧拉坐标下的双流体模型；其次按照设定温度给定颗粒和气体性质；装置内部物料初始状态采用堆积自然堆积状态，堆积空隙率为0.6，提升管底部进口表观气速按照一次风量计算，二次及三次风通过在相应高度位置在气相方程中添加质量源的方式实现，颗粒物料由顶部侧面出料并循环至提升管底部进行循环。臭氧分解预测采用商业软件提供的计算接口程序进行多尺度传质方程的数值求解代码编译运行。图4为臭氧截面平均浓度沿提升管高度的分布，本发明的模拟结果(—)与实验值(■)吻合较好，而不考虑结构的直接模拟结果(--)则相差较大。
实例3
本实例为国内某运行的循环流化床锅炉，炉膛高约39m，宽约13.88m，深约7.22m，给煤量约64t/h，一次风量264000Nm3/h，二次风量216000Nm3/h，物料颗粒平均直径0.2mm，物料平均密度2000kg/m3，炉膛温度约900℃。在商业软件平台上将本发明方法用于预测非均匀流动结构条件下的主要气相反应物氧气浓度分布，该浓度的分布直接关系到煤粉燃烧的充分程度和产物成份，是循环流化床运行状态的一个重要指标。计算时首先对循环流化床锅炉按照1∶1的比例进行几何构体，选择计算方式为欧拉坐标下的双流体模型；其次按照设定温度给定颗粒和气体性质；进口表观气速表观气速按照一次风量计算，二次风量的给定通过在相应高度位置的气相方程添加质量源实现，固体物料从顶部排出。氧气浓度预测采用商业软件提供的计算接口程序进行编译运行。图5为氧气截面平均浓度沿提升管高度的分布，本发明的模拟结果(—)与实验值(■)吻合较好，而不考虑结构的直接模拟结果(--)则相差较大。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。