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Geometrical and hydrodynamical study of gas jets in packed and fluidized beds using magnetic resonance

Authors


Abstract

Magnetic resonance (MR) was used to image the motion of particles and gas just above the distributor of 3D beds of particles fluidized by air. Three different distributors were used: (i) a single-orifice distributor, with orifice diameters 1.0–4.0 mm, (ii) a plate, drilled with a triangular array of 79 holes, each of 0.35 mm diameter, with a central nozzle containing a single hole of diameter 1.0, 2.5, or 9.0 mm, (iii) distributors with two or three orifices and diameters of 1.0 or 2.5 mm. It proved possible to extract geometrical information, such as the length of a jet, from MR images, each averaged over ∼5 min. Also, light was shed on the question of why is there such a discrepancy between reported jet-lengths. The fluidization state, the “start-up” procedure and also the number of holes all play a significant role in determining the measured distance a jet penetrates into a bed. The question as to whether the observed voids represent permanent jets or streams of bubbles was considered. The evidence from ultra-fast MR measurements strongly suggests that only the lower part of a jet from an orifice in a multi-orifice distributor is permanent; bubbles form at the top of the jet. Consequently, the top of each jet is transient. However, most of the jet from a single orifice is a permanent cavity when the bed of particles is not fluidized. The length of a jet was successfully correlated with operating variables using dimensional analysis. Finally, the flow of particles around a single jet was measured with high resolution MR.

Abstract

La résonance magnétique (RM) a servi pour illustrer le déplacement des particules et des gaz au-dessus du distributeur de lits de particules fluidisées par l'air en trois dimensions. On a utilisé trois distributeurs différents: (i) un distributeur à orifice unique dont les diamètres des orifices varient entre 1 et 4 mm, (ii) une plaque percée d'un réseau triangulaire de 79 trous d'un diamètre de 0,35 mm avec une buse centrale comportant un trou unique d'un diamètre de 1, 2,5 ou 9 mm et (iii) des distributeurs munis de deux ou trois orifices de 1 ou 2,5 mm de diamètre. Il s'est avéré possible d'extraire des informations géométriques, comme la longueur d'un jet, à partir d'images prises par RM, de moyenne supérieure à 5 minutes chacune. On a également éclairci la question sur le grand écart entre les longueurs de jet observées. L'état de fluidisation, la procédure de mise en marche et aussi le nombre de trous jouent tous un rôle important dans la détermination de la distance de pénétration mesurée d'un jet dans un lit. On a étudié la question de savoir si les vides observés représentent des jets permanents ou des flots de bulles. La preuve obtenue à partir de mesures par RM ultra-rapides porte fortement à croire que seule la partie inférieure d'un jet provenant d'un orifice d'un distributeur à orifices multiples est permanente; des bulles se forment sur le dessus du jet. Par conséquent, le dessus de chaque jet est transitoire. Cependant, la majeure partie du jet provenant d'un seul orifice est une cavité permanente lorsque le lit de particules n'est pas fluidisé. On est parvenu à mettre la longueur d'un jet en corrélation avec des variables de fonctionnement au moyen de l'analyse dimensionnelle. Enfin, on a mesuré le flux de particules autour d'un jet unique au moyen de la RM à haute résolution. Numéros dans le Système de repérage de l'information PACS: 45,70.-n, 47,55.Kf, 83,85.Fg

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