Allowing optical measurements in a 3D packed bed with gas flow: A novel reactor concept (Open Access)
Christin Velten, Kerstin Hülz, Katharina Zähringer*
Keywords: Packed bed model reactor; Polyhedral particles; Optical measurements; Particle Image Velocimetry (PIV); 2D velocity fields
DOI: 10.1016/j.partic.2025.11.018
工业填充床反应器内气体流动特性对优化工艺、降低能耗至关重要，但现有光学测量多依赖液体体系或仅限于床层表面或近壁面区域，难以实现床层内部气体流动的直接光学观测，导致床层内部精细实验数据的匮乏，从而制约了数值模拟的验证与优化。
德国马格德堡大学团队提出一种新型模块化填充床反应器概念，可实现对填料空隙区域的直接光学测量。该设计采用透明多面体颗粒以模块化方式平行排列并堆叠而成，通过控制各层模块的旋转角度，可构建多种规则或不规则的床层结构，孔隙率稳定在 0.3–0.4；并实现无重大畸变的直接光学探测。为验证反应器的可靠性，研究人员采用侧置激光入射窗，结合粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry, PIV)，成功获取了层流(Rep=100)和湍流(Rep=1000)工况下床层表面及内部具有高时空分辨率的二维瞬态数据、平均速度与湍动动能。
创新亮点
1. “可透视”的模块化设计：通过替换透明玻璃棒模块，实现激光与相机对床内孔隙的直接光学访问，避免复杂的光学校正。
2. 结构灵活可调：通过旋转各层模块，可模拟不同填充结构，为数值模拟提供多样化的验证场景。
3. 气体流动数据突破：在填充床内部实现气体流动的高时空分辨率PIV测量，为气-固系统的模拟验证提供了关键实验数据。
本研究创新性地解决了光学可达性难题，为填充床反应器的优化设计与模拟验证打开了新的“观测窗口”，未来可拓展至高温体系或者其它进一步的光学测量。
本文已OA，收录于专刊“2nd International Workshop on Reactive Particle-Gas Systems — Special issue organized by the Collaborative Research Centre BULK-REACTION”。客座编辑为马格德堡大学Dominiquen Thévenin教授、Evangelos Tsotsas教授，以及波鸿鲁尔大学Viktor Scherer教授、Francesca Di Mare教授。欢迎感兴趣的读者扫描下方二维码或者点击文末“阅读原文”进入ScienceDirect官网阅读、下载！
供稿：原文作者
排版：《颗粒学报》编辑部
文章信息
Velten, C., Hülz, K., & Zähringer, K. (2026). Allowing optical measurements in a 3D packed bed with gas flow: A novel reactor concept. Particuology, 108, 293-306. https://doi.org/10.1016/j.partic.2025.11.018