湍動流化牀

流化牀（Fluidized bed）這一概念的提出是為了區別於固定牀（Fixed/Packed bed）。然而，本質上講兩者可以是同一個設備，即圓筒中架設一塊氣體分佈板（可以透氣，但不允許顆粒通過），板上堆積一定高度的顆粒，氣體自下而上依次穿過氣體分佈板和顆粒層。當操作氣速（亦稱表觀氣速，U_g）小於牀中所裝顆粒的最小流化速度（U_mf）時，人們將這個設備稱為固定牀；而當U_g大於U_mf時，人們將這個設備稱為流化牀。

流化牀實際上是一個籠統的概念，根據U_g的不同，又可以細分為鼓泡（流化）牀、湍動（流化）牀、快速（流化）牀、密相輸送牀和稀相輸送牀。傳統意義上的流化牀通常特指鼓泡流化牀或者湍動流化牀，屬於經典流態化範疇，顆粒不會被氣體吹出而損失。

湍動流化牀（Turbulent fluidized bed）——當U_g介於U_c（顆粒的湍動流化速度，此時一般不加前綴“最小”兩字）和U_t（顆粒的終端速度）時，流化牀可以被具體地叫做湍動流化牀，一般簡稱湍動牀。相比於鼓泡牀，湍動牀要難形容的多，很難在人的腦海中形成一個清晰的物理圖像。當U_g介於U_mb（顆粒的最小鼓泡流化速度）和U_c時，隨U_g增大，牀中鼓泡越來越劇烈，氣泡尺寸越來越大。但是當U_g超過U_c後，隨U_g增加，氣泡尺寸反而呈現減小的趨勢 ^[1]  。

最早記錄端動流態化的圖像證據，被認為是Matheson在用空氣通過催化劑牀層研究節湧現象時拍攝下的一張照片，如圖1所示。圖1中左圖使用150微米直徑催化劑，呈現清晰的節湧流型；圖1中右圖使用45微米直徑催化劑，呈現典型的湍動流型。在Zenz所發表的氣固流態化相圍中，第一次出現了湍動流態化區域。Lannean用電容探針對節湧流化牀進行高氣速下氣固接觸研究時，觀察到流型轉變為一種非常均勻的狀態，同時檢測到牀密度發生陡降，並伴隨固含率脈動幅度降低與脈動頻率升高的現象。這是對滯動流型局部固含率巧首次量化研究。後來，Kehoe和Davidson使用電容探針、X射線及攝影成像的方法對節湧流化牀進行研究，肉眼觀察到舌形流體在牀層中曲折穿行，電容探針檢測到與Lannean類似的固含率脈動幅度降低與脈動頻率升高的現象，且攝像法捕捉到的空義與普通氣泡不同。於是，他們將該流型稱為湍動狀態，並被公認為湍動流態化這一概念的提出者 ^[2]  。

湍動流化牀中存在上下兩個顆粒減速的特定區域。其中，上部減速區是由於擴大段導致局部流速降低、顆粒濃度增大而產生的，與提升管頂部強約束型出口產生的減速區情況類似。流化段的高度決定了出口減速區的位置，進而影響充分發展區與加速區的長度甚至存續與否。而下部減速區的產生源於過渡段固含率沿牀高急劇降低，氣體流速隨氣含率增大而降低所導致的固體減速效應。下部減速區的位置受靜牀高與表觀氣速兩者影響，其變化規律與過渡段位置的升降趨勢一致 ^[3]  。