高溫流態(tài)化技術(shù)廣泛應(yīng)用于大規(guī)模熱儲能、能源化工、冶金與材料制備等領(lǐng)域，然而高溫條件下氣泡與乳化相間傳質(zhì)行為機(jī)理不清晰、缺乏系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模型支撐，因此亟待建立基于高溫高壓氣固兩相流動(dòng)和傳遞特性深刻理解的理性調(diào)控策略。

近日，鄂爾多斯實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合清華大學(xué)開展“高溫氣固鼓泡流化床氣泡-乳化相間傳質(zhì)特性”研究。團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)探究了溫度（常溫至1600°C）、氣速、床層高度及顆粒粒徑對傳質(zhì)行為的影響，成功構(gòu)建基于氣體停留時(shí)間分布的兩相流傳質(zhì)模型，并揭示出高溫環(huán)境下氣泡動(dòng)力學(xué)與傳質(zhì)通量的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。相關(guān)成果已發(fā)表于化學(xué)工程和顆粒學(xué)領(lǐng)域的重要學(xué)術(shù)期刊《顆粒學(xué)》，該研究獲得國家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金項(xiàng)目和自治區(qū)科技計(jì)劃項(xiàng)目資助。

“該研究成果對推動(dòng)高溫流化技術(shù)在化工、冶金、能源存儲等領(lǐng)域的低碳化應(yīng)用具有重要意義。”鄂爾多斯實(shí)驗(yàn)室相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，此項(xiàng)研究突破了傳統(tǒng)傳質(zhì)模型未充分考慮高溫下氣固相互作用與顆粒間力的局限，為高溫流化床反應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)與工業(yè)操作提供理論依據(jù)與數(shù)據(jù)支撐。

據(jù)了解，該研究進(jìn)一步探討了高溫下顆粒間作用力（如燒結(jié)、表面軟化與液橋形成）對氣泡行為與傳質(zhì)的影響。在操作溫度高于1200°C時(shí)，顆粒軟化與燒結(jié)現(xiàn)象加劇，導(dǎo)致乳化相持氣能力下降，進(jìn)而影響傳質(zhì)方向與效率。研究還發(fā)現(xiàn)，大顆粒體系在非反應(yīng)條件下表現(xiàn)出更高的凈傳質(zhì)通量，但在實(shí)際反應(yīng)體系中因持氣能力低、反應(yīng)消耗慢，其傳質(zhì)推動(dòng)力較弱，這揭示了非反應(yīng)與反應(yīng)體系傳質(zhì)行為的本質(zhì)差異。