气固流化床的离散颗粒运动-碰撞解耦模型与模拟

基于分子动力学和气固两相流体动力学，建立流化床稠密气-固两相离散颗粒运动-碰撞解耦模型，采用硬球模拟方法处理颗粒与颗粒之间的碰撞，及大涡模拟方法处理气相湍流流动．单颗粒运动满足牛顿第二定律，颗粒相和气相相间相互作用的双向耦合由牛顿第三定律确定，数值模拟二维鼓泡流化床内稠密气-固两相流动，得到了气泡的形成、发展及颗粒的流化过程，计算结果表明颗粒弹性恢复系数影响气-固两相流动特性。     

流化床密相区流动特性的数值模拟

流化床内气固两相流动一直是实验研究和数值模拟的热点。基于Eulerian双流体模型,本文建立了流化床内的气固两相流动模型,采用FLUENT软件对流化床密相区两相流动特性、床内气泡的产生运动和爆裂等特性进行了数值模拟。模型中,将颗粒相看作是连续介质,建立与气相相同形式的数学模型;采用了离散介质动力理论,引入颗粒温度来描述固相粘性应力,并用气固曳力进行气固两相耦合。模拟得到了气泡产生、运动和爆裂的变化过程,与实验结果相一致。采用不同的曳力模型对流化床稠密两相流动进行了模拟,与Kuipers实验对比,结果表明采用Gidaspow曳力模型描述流化床稠密两相流动特性更准确。     

稠密气固两相流动过程模拟的改进模型与应用

提出了模拟稠密气固两相流动的改进模型。湍流流场采用改进的k-ε-εe模型，颗粒的聚合效应采用聚合力的当量直径折算模型计算。将颗粒团作为离散相，研究颗粒团的运动、碰撞、破碎与合并。应用上述模型数值模拟了循环流化床内的稠密气固两相流动。得到了床内气相速度、颗粒团分布、颗粒浓度分布及颗粒团大小分布等详细两相流场信息。计算结果合理，与前人实验结果相符。模拟结果详细揭示了循环流化床内稠密气固两相流动的基本特征。图8表2参8     

宽筛分流化床气—固两相流动结构离散颗粒模型

建立了适合描述宽筛分流化床气 固两相流动结构的离散颗粒模型。颗粒的运动满足牛顿第二定律 ,流体相的运动规律由局部平均的纳维 斯托克斯方程求解 ,两相间的耦合由牛顿第三定律决定。对宽筛分流化床中气泡的形成、颗粒的流化过程进行了数值模拟 ,结果与实验现象相符合 ;模拟结果还发现单颗粒的运动速度表现出不可预测特性 ,颗粒的总体速度不完全满足正态分布。     

鼓泡流化床气固两相流动特性的数值模拟

本文基于气固两相欧拉-欧拉双流体模型,对多孔布风鼓泡流化床内气固两相流流动特性进行了数值模拟,研究了床内压力分布,气泡的运动行为,以及气相和颗粒相速度的分布情况,并将模拟结果与相应实验数据进行比较。结果表明所用模型能较好的预测流化床内气固两相流的流动特性,模拟结果与实验结果吻合较好。     

燃煤循环流化床模型与试验研究

利用循环流化床内气－固两相流动等基础方面的研究成果,根据本文床内气固浓－淡流动模型,建立适用不同结构参数的循环流化床燃烧模型,考虑了床内气体、固体颗粒的返混、循环过程,以及煤燃烧、ＮＯ的生成和分解、颗粒磨损等因素。在循环流化床燃烧试验台上进行实验研究,模型仿真结果和实验数据吻合良好,表明气固两相浓－淡流动模型所建立的循环流化床燃烧系统模型可以正确地模拟循环流化床的燃烧过程。     

三维喷动流化床流动特性数值模拟

为了研究喷动流化床煤部分气化炉的气-固流动特性,采用三维欧拉多相流模型和颗粒动能理论相结合的数学模型,对一台直径100 mm的喷动流化床试验台进行了数值模拟研究.研究内容包括喷动流化床不同工况下内部射流的发展、气-固流动特性、典型工况下气体速度分布、颗粒速度分布以及由于颗粒碰撞引起的颗粒相压力分布.模拟结果表明:典型工况下,当喷动风与总风的比例为50%时,流场有利于煤气化;气体曳力和颗粒碰撞对环形区颗粒特别是靠墙区颗粒的运动影响很大.为了验证模型的合理性,采用文献中的试验工况进行计算,计算结果和文献中的测量值吻合较好.     

气固两相平板混合层流动的离散涡模拟

对气固两相平板混合层流动,采用离散涡方法模拟气相场,轨道法跟踪颗粒的运动。计算结果表明：气相和颗粒相在不同流向位置的平均流向速度、雷诺正应力和剪应力与实验结果符合得很好。说明离散涡方法可以实现对两相流动的定量模拟。     

鼓泡流化床流动特性的欧拉-离散单元方法模拟

利用欧拉—离散单元方法对气固射流流化床内的流体动力学特性进行了数值模拟。在模型中把气相作为连续介质处理，采用欧拉方法建立其动量及质量守恒方程；对固体颗粒相则采用属于拉格朗日范略的离散单元方法(DEM)模拟；气固两相之间的相互作用采用DiFelice经验关系式反映。利用该模型模拟了流化床内初始阶段的气固两相流动特性。此外，由于气泡特性对流化床的流化质量具有重要的影响，故利用频谱分析理论对床内的模拟压力信号时间序列进行了分析，得出了在几个典型入口气速下的气泡统计生成频率，数值模拟结果与有关实验结果定性一致。     

惯性分离器内气固两相流雷诺应力数值模拟

对循环流化床中气田惯性分离过程进行了详细的数值研究。湍流模型采用雷诺应力模型,研究对象为U型分离器内的气一固两相流动。为了真实描述固体颗粒与分离器壁面之间的碰撞过程,固体颗粒模拟采用颗粒轨道模型,引入壁面粗糙度的影响,同时考虑了固体颗粒在湍流中的扩散作用和颗粒之间的相互碰撞。模拟计算了不同入口速度、分离器挡板数目对颗粒分离效率和流体压降的影响,计算结果不仅给出了分离器内的气-固两相流动结构特性,而且给出了分离器效率、压降与入口主流速度和分离器结构参数的关系。     

循环流化床脱硫塔内流场及气固分离特性数值模拟

1前言循环流化床烟气脱硫技术(CFB-FGD)已经成为我国燃用中、低硫煤(含硫量<2%)的中小电厂锅炉(<200 MW)优先推荐使用的技术。各代表技术都是参照经验参数和估算值进行设计,已有的理论研究成果也多是基于实验室或者小规模中试得出的,对于实际工程的适应性和放大性有待验证,因此     

循环流化床烟气脱硫气固两相流动特性的试验研究

采用三准则相似理论设计了循环流化床烟气脱硫气固两相流动试验台.通过对循环流化床脱硫反应器试验装置内沿高度方向阻力分布和不同高度截面上局部颗粒质量通量的测量,详细地研究了脱硫反应器内气固两相流动规律和内循环特性.结果表明:脱硫反应器阻力主要集中在文丘里管段,而且随着循环物料量和气体流量的增加,系统阻力显著增加;脱硫反应器内气固两相流动呈典型的环核流动结构,边壁下降流颗粒浓度高,中心区域上升流颗粒浓度低,且固体质量回流比率随着脱硫反应器高度的上升而下降.研究结果为循环流化床烟气脱硫系统的设计与放大提供了依据.     

鼓泡流化床风帽压力信号的小波多分辨率分析

提出通过采集流化床风帽压力信号的方法,实现对流化床内气固两相流动的状态监测.利用冷态鼓泡流化床试验台,在不同表观气速、静床高以及加料放料扰动的工况下,采集风帽压力信号并对其进行小波多分辨率分析.结果表明：低频信号pa3的变化能够很好地反映流化床内不同运行工况时的气固流动状态的变化;采用合适的方法对风帽压力信号进行分析处理,可以找到反映流化床内气固流动状态的本质特征参数;基于风帽压力信号的流化床状态监测,可很好地避免压力测点损坏的影响.     

柱状粒子循环流化过程中取向性的数值研究

取向性是柱状粒子的一个重要特性,研究柱状粒子取向性,对柱状粒子的运动姿态对循环流化具有非常重要的影响。根据实际冷态循环流化床的结构及运行参数,采用数值模拟方法,对床内的气固两相流场进行了模拟,研究并阐述了柱状粒子的运动姿态的一些特性。柱状粒子多以竖直姿态在流场中运动;流场风速及床高对柱状粒子的取向性有一定的影响,而柱状粒子的长径比及密度对柱状粒子的取向性没有明显的影响。     

循环流化床脱硫塔直_旋流复合流化下的两相流场试验研究

循环流化床脱硫装置的文丘里管直流流化速度随锅炉负荷的变化而变化,这会影响脱硫效率。本文提出了适应锅炉负荷变化的直／旋流复合流化方式,并用PDA测量系统对这种流化方式的气固两相流场进行测试,得到了循环流化床内旋流风率和假想切圆半径改变时气固切向速度和浓度分布。试验表明,复合流化循环流化床的切向速度随着半径增大而升高,气固切向滑移速度比直流流化增大,脱硫塔内的浓度增加,内循环增强,脱硫效率随之提高。     

底饲进料循环喷动床内压力脉动信号的SHANNON信息熵分析

为了研究底饲进料循环喷动床内气固两相流的流动特性,通过冷态实验测量反应塔内轴向不同高度上的压力脉动信号.应用SHANNON信息熵分析压力信号,并比较不同操作条件对塔内气固流动的影响.结果表明:压力脉动及其功率谱在不同床层高度上表现出不同的特性;SHANNON信息熵能够很好地反映特征信号的复杂程度和稳定程度;提高流化速度和循环倍率能够导致塔内轴向上的颗粒浓度上升,从而使压力脉动的幅度增加;提高喷射速度和喷嘴位置,能使反应塔底部气固湍动更加强烈,SHANNON信息熵随之上升.     

50MW生物质循环流化床锅炉三维冷态流动和磨损规律的数值模拟

采用欧拉双流体模型进行了50MW生物质循环流化床锅炉三维冷态数值模拟,研究了炉内气-固两相的速度场分布规律,并对炉内磨损进行了计算与分析.结果表明:数值模拟得到的床层压力分布与现场测量得到的床层压力分布有良好的一致性;流化床前后墙壁面不同截面处的固相颗粒体积分数呈现上稀下浓的分布,整体上接近S型分布;前、后墙磨损量最大位置均出现在y=0.95m左右的位置,且前墙所受的磨损大于后墙.