流态化及其典型形态

一、流态化

在自然界中，人们经常会见到一些固体像流体一样流动的现象，如：大风将沙尘扬起，形成沙尘天气和沙尘暴，河水携带泥沙，造成水土流失等。固体颗粒在流体作用下表现出类似流体状态的这种现象，称为流态化现象。
流体作为流化介质，一般有气体和液体两大类。
实际上，当气体（或液体）以一定的速度流过固体颗粒层，并且气体（或液体）对固体颗粒产生的作用力与固体颗粒所受的其他外力相平衡时，固体颗粒层就会呈现出类似于流体状态的性质。这种由于固体颗粒群与气体（或液体）接触时，固体颗粒转变成类似流体的状态称为流态化。因此，流态化一词描述的是固体颗粒与流体接触的某种运动状态。在流化床锅炉燃烧中，流化介质为气体，固体煤颗粒及其燃烧后的灰渣被流化，称为气固流态化。流化床锅炉与其他类型锅炉的根本区别在于燃料处于流态化运动状态，并在流态化过程中进行燃烧。
如前所述，当气体向上流过颗粒床层时，固体颗粒的运动状态是变化的。流速较低时，颗粒静止不动，气体只在颗粒之间的缝隙中通过。当气体流速增加到某一速度，即临界流化速度之后．颗粒不冉由布风板所支持，而全部由气体的摩擦力所承托。此时，对于单个颗粒来讲，它不再依靠与其他邻近颗粒的接触而维持它的空间位置；相反，在失去了以前的机械支承后，每个颗粒可在床层中自由运动，就整个床层而言，具有许多类似流体的性质，流化床具有的类似流体的性质主要表现在以下方面：
( 1 ）在任一高度的静压近似于在此高度以上单位床截面内固体颗粒的重量

( 2 ）无论床层如何倾斜，床表面总是保持水平，床层的形状也保持容器的形状

( 3 ）床内固体颗粒可以像流体一样从底部或侧面的孔口中排出
( 4 ）密度大于床层表观密度（将颗粒间的空体积也看做颗粒体积的一部分，这时单位体积的燃料质量就称为表观密度）的颗粒在床内会下沉，密度小的颗粒会浮在床面上。

( 5 ）床内颗粒混合良好，当加热床层时，整个床层的温度基本均匀。
通常的液固流态化由于颗粒均匀地分散在床层中，因此称为散式流态化。而一般的气固流态化，气体不均匀地流过颗粒床层，一部分气体形成气泡经床层短路逸出，颗粒则被分成群体作紊流运动，床层中的空隙率随位置和时间的不同而变化，不能达到均匀的流化，这种流态化称为聚式流态化。燃煤循环流化床锅炉靠空气或烟气流化颗粒状物料，属气固流态化范畴，也属于聚式流态化。