综述：综述：家禽孵卵行为及其分子机制的研究进展

《Poultry Science》：Review: Research progress on broodiness behavior and its molecular mechanisms in poultry

本研究基于3.5kW双流化床气化系统开发25kW冷流模型，通过调节固体库存(25-45kg)和循环速率(5.5-14.5kg/m2·s)研究其对床层流体动力学的影响，建立非 dimensional SCR关联式，确定最佳操作参数。

　　在当前的研究中，科学家们致力于开发一种具有25千瓦等效容量的双流化床（DFB）系统的缩放冷流模型（CFM）。这一研究建立在对3.5千瓦实验室规模系统成功运行的基础上，旨在通过实验手段深入探讨床层的流体力学特性，并优化操作参数，包括表观气速、固体库存量以及固体循环速率（SCR）。为了实现这一目标，研究人员选择了橄榄石（粒径为425微米）作为床层材料，并通过调整固体库存量（25至45千克）和SCR（5.5至14.5千克每平方米每秒）进行实验。实验结果被用来分析压力降、床层空隙率、固体浓度以及悬浮密度等关键指标，最终还建立了一个无量纲的相关性以描述SCR。研究还发现，固体库存量和上升管的表观气速对SCR具有显著影响。此外，研究人员还确定了最佳的操作条件，包括固体库存量35千克、气化空气流量0.006立方米每秒、上升管主次空气流量分别为0.03至0.04立方米每秒和0.01立方米每秒，以及SCR在10至14千克每平方米每秒之间。这些研究结果对于在相同几何条件下进行热床操作具有重要意义，因为热床操作涉及大量的放热和吸热化学反应。预计，通过优化流体力学条件，使用生物质和煤炭混合物制成的颗粒进行气化，将能够产生更多的合成气（syngas），从而进一步支持可持续的电力生产。

随着全球能源需求的迅速增长，化石燃料的使用量也在不断上升，这导致了温室气体（GHG）排放的增加。特别是，煤炭发电厂的二氧化碳（CO?）排放量在2022年占据了总排放量的约35%。这种趋势引发了对可持续能源来源的重视，以满足联合国可持续发展目标。在这些可持续能源中，生物质因其丰富的资源、技术进步、可靠性和碳中性特性而受到广泛关注。生物质可以通过多种方式转化为次级燃料，如固体、液体和气体，同时还能用于供热和发电，且排放水平较低。在众多转化技术中，气化技术因其在热化学转化方面的优越性而受到青睐。生物质气化可以通过固定床、流化床和悬浮床等不同方式进行，但双流化床气化（DFBG）系统由于其高效的热质量和物质传递能力，以及较高的转化率而被越来越多地采用。此外，DFBG系统产生的合成气几乎不含氮气，具有适中的热值，而且对于各种生物质原料的焦油生成量也较低。

双流化床（DFB）气化器主要由气化器和燃烧器组成。气化反应所需的吸热热量由燃烧器中的焦炭燃烧提供。为了将燃烧器产生的热量传递给气化器，通常会使用具有高热传递能力的材料，如沙子、橄榄石、碳酸钙等，在一个连续的循环路径中进行循环。尽管DFBG系统具有诸多优势，但其复杂性和挑战性也体现在高温下的气固相互作用以及操作参数的平衡上。这些挑战促使研究人员进一步探索气固流体力学和反应动力学的复杂性。此外，流体控制、固体循环以及流体力学和操作参数的优化需要深入研究，特别是在系统运行温度较高的情况下。因此，为了解决与流体动力学相关的不一致问题，研究人员开展了数值模拟和冷流流体力学研究，以预测系统在高温下的性能。

在冷流模型（CFM）实验中，许多研究人员专注于设计一个合适的压力循环路径，以实现固体的连续循环。此外，这些数据还被用来研究各种流体力学参数，如空隙率、悬浮密度和固体浓度等。例如，Schmid等人在双循环流化床（DCFB）中进行了CFM研究，以评估其扩大规模的可行性。该设计的改进有助于解决气相转化不足、焦油生成以及生成无氮合成气等问题。Habl等人对DFB进行了缩小规模的实验，研究其冷流行为。实验结果表明，随着上升管速度的增加，压力降和固体流量都会增加。此外，Hanchate等人指出，气化器和上升管的表观气速以及循环密封速度对固体循环速率（SCR）具有显著影响。使用纯沙子以及沙子和煤颗粒的混合物进行实验，Gupta和De等人研究了DFB单元中的流体动力学和气固相互作用。他们观察到在高SCR情况下，上升管顶部会发生固体反向混合，可以通过对上升管进行二次供气来解决。此外，他们还发现对于颗粒的二元混合物，存在显著的颗粒分离现象，这会影响DFB系统的整体压力降和空隙率分布。

除了对气固流体力学的实验研究，许多研究人员还对DFB系统进行了数值模拟。Zafiryadis等人使用多相粒子-单元（MP-PIC）模型，对实验室规模的DCFB进行了分离模拟。模型验证在不同的固体循环速率和上升管表观气速下进行。Yu等人在工业规模的DCFB单元中将热化学子模型纳入MP-PIC模拟中。对流体力学和热化学特性的全面分析表明，燃料分离、产物气体性质差异以及热化学特性差异有助于改进反应器设计和优化。Kong等人使用MP-PIC框架，结合复杂的反应动力学，对气化、碳化和煅烧反应进行了吸收增强重整（AER）研究，并报告了这些反应对多个关键操作参数的影响。同样，Sun等人对一个8兆瓦热功率的工业规模DFB气化器进行了数值模拟，考虑了气体湍流的大涡模拟（LES）和固体相追踪的拉格朗日框架。实验结果被用来分析气体和固体流量、热性能以及气体分布对整个系统性能的影响。

综上所述，可以看出大量研究已经投入到DFBG系统流体特性和整体床层流体力学的研究中。然而，这些研究之间存在显著差异，主要体现在DFB系统的设计和配置上的不同。众所周知，反应器的几何形状对流体特性、热质量和物质传递以及整体系统性能具有深远影响。因此，针对新几何形状的有效研究对于系统的适当设计和实施至关重要。此外，以往的研究主要关注颗粒尺寸、库存量和表观气速对压力降、床层空隙率和悬浮密度的影响，但尚未深入探讨这些关键操作参数的综合协同效应。因此，研究人员之前对一个3.5千瓦的DFBG系统进行了冷流实验，通过调整床层材料的颗粒尺寸、库存量和SCR来优化流体条件。在此基础上，本研究详细描述了25千瓦等效容量DFBG系统的开发和设计。这一从实验室规模到试点工厂的系统性缩放方法具有重要意义，因为它考虑了反应器几何形状、操作参数之间的相互作用以及无量纲相关性的建立。因此，在开发的CFM中，通过调整固体库存量（橄榄石）和SCR进行实验，以获得优化的操作条件。本研究明确分析了这些参数对压力降、床层空隙率和悬浮密度的影响，并识别了它们的综合效应以优化系统性能。最终，建立了一个无量纲的相关性，以描述DFB系统中SCR与表观气速、固体库存量和静态床层高度之间的关系。这些研究结果和优化的操作参数对于在相同几何条件下开发热床系统，利用生物质和煤炭混合物制成的颗粒生成合成气具有重要意义。