Contents
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.1 Granular Flow and Fluidisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.2 Challenges to Engineering of Fluidised Beds . . . . . . . . . . . . . . . .
3
1.3 Multi-scale Modelling of Gas-Solid Flows . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
1.3.1 Discrete Element Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
1.3.2 Two-Fluid Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
1.4 Methods for Structuring Bed Hydrodynamics . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.5 Dynamic Patterns in Shallow Granular Layers . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.5.1 Vibro-Driven Patterns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.5.2 Modelling of Pattern Formation in Vibrated Layers . . . . . . 18
1.5.3 Gas-Driven Patterns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.5.4 Modelling of Pattern Formation in Pulsed Layers . . . . . . . 22
1.6 Origin of Bubble Patterns in Pulsed Fluidised Beds . . . . . . . . . . . 24
1.7 Thesis Objectives and Outline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2 Bubbling Properties in Pulsed Fluidised Beds . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.2 Experimental Implementation and Analysis Methodology . . . . . . . 36
2.2.1 Design of Quasi-2D Fluidised Bed Setup . . . . . . . . . . . . . 36
2.2.2 Generation of Oscillatory Gas Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.2.3 Gas Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.2.4 Particle Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.2.5 Image Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.3 Results and Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.3.1 Validation of Gas Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.3.2 Impacts of Pulsed Flow on Bubbling Properties . . . . . . . . . 42
2.3.3 Influence of Structuring on Flow Properties . . . . . . . . . . . . 53
2.3.4 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
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1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.1 Granular Flow and Fluidisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.2 Challenges to Engineering of Fluidised Beds . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.3 Multi-scale Modelling of Gas-Solid Flows . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.3.1 Discrete Element Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.3.2 Two-Fluid Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.4 Methods for Structuring Bed Hydrodynamics . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.5 Dynamic Patterns in Shallow Granular Layers . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.5.1 Vibro-Driven Patterns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.5.2 Modelling of Pattern Formation in Vibrated Layers . . . . . . 18
1.5.3 Gas-Driven Patterns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.5.4 Modelling of Pattern Formation in Pulsed Layers . . . . . . . 22
1.6 Origin of Bubble Patterns in Pulsed Fluidised Beds . . . . . . . . . . . 24
1.7 Thesis Objectives and Outline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2 Bubbling Properties in Pulsed Fluidised Beds . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.2 Experimental Implementation and Analysis Methodology . . . . . . . 36
2.2.1 Design of Quasi-2D Fluidised Bed Setup . . . . . . . . . . . . . 36
2.2.2 Generation of Oscillatory Gas Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.2.3 Gas Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.2.4 Particle Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.2.5 Image Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.3 Results and Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.3.1 Validation of Gas Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.3.2 Impacts of Pulsed Flow on Bubbling Properties . . . . . . . . . 42
2.3.3 Influence of Structuring on Flow Properties . . . . . . . . . . . . 53
2.3.4 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
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