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MATEC Web Conf.
Volume 379, 2023
18e Congrès de la Société Française de Génie des Procédés (SFGP2022)
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Article Number | 07005 | |
Number of page(s) | 9 | |
Section | Systèmes, eco-systèmes industriels et économie circulaire / Systems, Industrial Ecosystems and Circular Economy | |
DOI | https://doi.org/10.1051/matecconf/202337907005 | |
Published online | 12 May 2023 |
Experimental Study of an upflow Fluidized Bed: Identification of Fluidization Regimes
Étude Expérimentale Isotherme d’un « Lit Fluidisé à Circulation Ascendante » : Identification des Régimes de Fluidisation
1 Laboratoire Procédés, Matériaux et Energie Solaire (PROMES-CNRS), Université de Perpignan (UPVD), 7 rue du Four Solaire, 66120 Font-Romeu-Odeillo, France.
2 Laboratoire PROMES-CNRS, UPVD, Tecnosud, Rambla de la Thermodynamique, 66100 Perpignan, France.
The concept of solar receiver using fluidized particles as heat transfer fluid is attractive from the point of view of its performance but also of the material used. In this concept, the receiver is composed of tubes subjected to concentrated solar radiation in which the fluidized particles circulate vertically. Circulation in the tubes, immersed in a “nurse” fluidized bed, is ensured thanks to a controlled pressure difference imposed on the latter and secondary aeration. This ventilation located at the bottom of the absorber tubes makes it possible to control the fluidization regimes. The latter strongly influence the parietal heat transfers and therefore the performance of the receiver. In order to better understand the conditions of appearance of these regimes and to better identify them, a study at room temperature was carried out with a tube 45 mm in internal diameter and 3.63 m in height. The tube is instrumented with several pressure sensors distributed over its height. More than 170 experiments have been performed exploring wide ranges of particle and aeration flow rates, with and without particle circulation. Signal processing methods, classically used in the scientific literature of fluidized beds, are applied. Combined together, these methods have enabled the identification of bubbling, pistoning (of the wall and axisymmetric), turbulent fluidization and rapid fluidization regimes. The pooling of all this information allows the establishment of a diagram of the fluidization regimes and their transition, showing that the local slip velocity is the key parameter governing the structure of the flow.
Résumé
Le concept de récepteur solaire utilisant des particules fluidisées comme fluide de transfert de chaleur est attractif du point de vue de ses performances mais également du matériau utilisé. Dans ce concept, le récepteur est composé de tubes soumis au rayonnement solaire concentré dans lesquels les particules fluidisées circulent verticalement. La circulation dans les tubes, immergés dans un lit fluidisé « nourrice », est assurée grâce à une différence de pression contrôlée imposée à ce dernier et à une aération secondaire. Cette aération localisée en bas des tubes absorbeurs permet de contrôler les régimes de fluidisation. Ces derniers influencent fortement les transferts de chaleur pariétaux et donc les performances du récepteur. Afin de mieux comprendre les conditions d’apparition de ces régimes et de mieux les identifier, une étude à température ambiante a été effectuée avec un tube de 45 mm de diamètre interne et de 3,63 m de hauteur. Le tube est instrumenté de plusieurs capteurs de pression répartis sur sa hauteur. Plus de 170 expériences ont été réalisées en explorant de larges gammes de débits de particules et d’aération, avec et sans circulation de particules. Les méthodes de traitement du signal, classiquement utilisées dans la littérature scientifique des lits fluidisés, sont appliquées. Combinées entre elles, ces méthodes ont permis l’identification des régimes de bullage, de pistonnage (de paroi et axisymétrique), de fluidisation turbulente et de fluidisation rapide. La mise en commun de toutes ces informations permet l’établissement d’un diagramme des régimes de fluidisation et de leur transition, montrant que la vitesse de glissement locale est le paramètre clé gouvernant la structure de l’écoulement.
© The Authors, published by EDP Sciences, 2023
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