二维导流管喷动床离散颗粒动力学模拟

采用离散单元法(DEM)-计算流体力学(CFD)双向耦合数值方法对二维导流管喷动床进行了模拟,颗粒的运动通过DEM模型描述,而气体的运动用Navier-Stokes方程进行求解,气体和固体颗粒之间的相互作用通过曳力形式传递。文中将DEM和边界元方法(BEM)结合起来解决颗粒在具有复杂边界设备内的运动。通过采用BEM+DEM-CFD相结合的方法进行模拟计算,得到了喷动床的最小喷动速度,研究了不同表观气速下床内的流型,得到了二维导流管喷动床的床层压降与表观气速的关系,统计分析了喷射区、环隙区内颗粒的运动速度和相应的空隙率,全面地描述了二维导流管喷动床内的气固流动特征。     

Geldart A类颗粒节涌床气固流动特性的实验及模拟

针对气固节涌床,在实验基础上,基于欧拉?欧拉双流体模型结合颗粒动力学理论,考虑Geldart A类颗粒聚团对气固间曳力的影响,采用修正后的Gidaspow曳力模型对气固节涌床进行数值模拟。结果表明,通过与实验结果及经验公式进行对比,修正的模型可准确合理地模拟流化床内节涌特性。表观气速0.09 m/s≤Ug≤0.39 m/s时,床层内部压力脉动标准偏差随表观气速增加而增加,流型由鼓泡转变为节涌直至节涌程度最大,床内气固流动主要受轴对称栓运动特性影响,床内压降、床层膨胀比、气栓平均上升速度、最大轴对称栓长度随表观气速增加而增加,最大轴对称栓产生位置随表观气速增加而降低;Ug>0.39 m/s后,床内压力脉动标准偏差随表观气速增加而降低,节涌程度降低至向湍动流态化流型转变,床内气固流动主要受壁面栓运动特性影响,增加表观气速,节涌床内压降变化幅度较小,气栓平均上升速度增加幅度加大,床层膨胀比及最大轴对称栓长度降低,最大轴对称栓产生的位置略有升高。     

矩形导流管喷动床下行区的床层压降

带导流管的矩形喷动床是传统喷动床的改进型式,矩形床内设置的与床同厚的垂直导流管,可以控制固体颗粒的内循环速率,同时使下行区中的气固移动床维持平推流.本文实验测定了不同表观气速、床层重量、不同固体颗粒与气体入口形式与尺寸时,矩形导流管喷动床下行区的床层压降,以考察其流动特征.实验结果表明,下行区存在床层压降的轴向分布,气固流动处于负压差下移上流区,且气固滑移速度自下而上是逐渐下降的.下行区颗粒床层的压降以及颗粒的移动下输,受到喷动床表观气速、床高、喷嘴尺寸、物料种类和颗粒直径的不同影响.     

二维导流管喷动床的流动特征

带导流管的二维喷动床(2-DSBDP)是传统喷动床的改进型式,矩形床内设置的与床同厚的垂直导流管可以控制固体颗粒的循环速率, 同时使下行区中的气固移动床维持平推流. 本文实验测定了不同表观气速、床层高度、固体颗粒与气体入口尺寸时, 二维导流管喷动床的床压降及相应的空隙率,藉以阐述2-DSBDP的流动特征.     

双喷嘴矩形导流管喷动床脱硫性能的研究

针对半干法烟气脱硫方法,提出了一种新型的双喷嘴矩形导流管喷动床半干法烟气脱硫装置。在不同的钙硫摩尔比、静床层高度、表观气速、绝热饱和温差下,以消石灰为脱硫剂,研究了该装置的脱硫性能,并与未加导流管的双喷嘴矩形喷动床的脱硫性能进行了比较;研究了不同脱硫剂流量下导流管喷动床的喷动压降。实验结果表明:脱硫率与钙硫摩尔比、静床层高度成正比,与绝热饱和温差、表观气速成反比;喷动压降与脱硫剂流量成反比。并最终得出了实验条件下双喷嘴矩形导流管喷动床的最佳操作范围和脱硫率关联式。     

粗颗粒在锥型床中的流化特性

通过Ｇｅｌｄａｒｔ－Ｄ类粗颗粒在三种锥形床中的实验表明：随着入口的表观气速的增加,在床中依次出现固定床流区,部分流化区和喷动流区。在固定床区内,压降和表观气速关系可以通过Ｅｒｇｕｎ公式求得：在部分流化床区内;实验和理论计算均表明了由于颗粒所受到的曳力档的轴向高度增加而减小,造成床层轴向上部未流化的颗粒对下部硫化颗粒膨和压制作用,在喷动流化区内,给出了预测锥形床的初始喷动气速和喷动压降的经验公式。     

三维喷动床内异径干湿颗粒混合特性数值模拟

基于计算流体力学-离散单元法,建立了三维喷动床内气固两相流数学模型,采用Fortran语言编制了并行数值模拟程序。对三维喷动床内两种不同直径的干颗粒及湿颗粒的混合特性进行了数值模拟,并从颗粒角度分析了双组分颗粒的运动机制。利用Lacey混合指数对床内整体以及特定区域的混合程度进行了定量分析,并研究了液桥体积、颗粒密度比以及表观气速对异径颗粒混合的影响。结果表明：在单孔射流喷动床内,干湿两种颗粒流动方式相似,湿颗粒无明显的聚团现象;液桥力对小直径的颗粒影响较大,使不同直径湿颗粒速度差减小;环隙区内颗粒的混合是影响整床颗粒混合的关键因素;液桥体积对颗粒混合的影响较大,对颗粒密度比以及表观气速的影响有限。     

三维喷动床内异径干湿颗粒混合特性数值模拟

基于计算流体力学-离散单元法,建立了三维喷动床内气固两相流数学模型,采用Fortran语言编制了并行数值模拟程序。对三维喷动床内两种不同直径的干颗粒及湿颗粒的混合特性进行了数值模拟,并从颗粒角度分析了双组分颗粒的运动机制。利用Lacey混合指数对床内整体以及特定区域的混合程度进行了定量分析,并研究了液桥体积、颗粒密度比以及表观气速对异径颗粒混合的影响。结果表明:在单孔射流喷动床内,干湿两种颗粒流动方式相似,湿颗粒无明显的聚团现象;液桥力对小直径的颗粒影响较大,使不同直径湿颗粒速度差减小;环隙区内颗粒的混合是影响整床颗粒混合的关键因素;液桥体积对颗粒混合的影响较大,对颗粒密度比以及表观气速的影响有限。     

双喷嘴矩形喷动床压降的实验研究

在双喷嘴矩形喷动床内,以空气为喷动气体,研究了最大喷动压降与操作压降的变化规律和影响因素。实验表明：双喷嘴矩形喷动床的最大喷动压降和操作压降与颗粒粒径、床层高度及表观气速有关,而操作压降还与床体结构有关。在综合考虑各影响因素的基础上,得出了双喷嘴矩形喷动床最大喷动压降的经验关联式。     

气固流化床中颗粒聚团的流动特性

在一套流化床冷模实验装置中研究了A类颗粒在鼓泡床和湍流床内的微观两相流动结构,测量了床层内不同轴、径向位置的瞬时固含率脉动信号,通过MATLAB软件进行解耦并统计分析求解出稠密相与稀疏相的平均固含率,以此为基础拟合了瞬时固含率信号的概率密度曲线,最后从信号中提取出颗粒聚团的有关信息. 结果表明,瞬时固含率为0.05~0.72,乳化相中颗粒聚团平均固含率为0.552~0.562. 颗粒聚团的体积分率和出现频率随表观气速增加而降低,分别为0.01~0.5和0.02~1.6 Hz,持续时间小于0.12 s.     

循环床提升管内轴向压力梯度和物料浓度的分布特性

以3.6m高循环床提升管内轴向不同高度测点的压力数据为基础,分析了管内轴向压力梯度的变化规律,并通过压差法对提升管内轴向物料浓度的分布特性进行了研究,得出了表观气速和物料颗粒粒径的变化对二者的影响。结果显示,提升管内轴向压力梯度沿管上升方向逐渐减小,物料浓度在轴向方向上呈上疏下密的不均匀分布趋势。增加表观气速,可以减小管内上下压力梯度的差异,改善颗粒浓度分布的不均匀程度,减小颗粒流动过程中消耗的总压降。而相对于粗大粒径颗粒,细小颗粒在提升管内流动时轴向压力梯度和浓度分布都更加均匀,整个流动过程所造成气体的总压降也相对更小。     

水平辅助气对喷动床流动特性影响的研究

在上部内径为 195mm柱状、下部为 6 0°锥体的喷动床中水平引入辅助气 ,考察了水平辅助气对流动特性的影响。实验结果发现 ,辅助气的水平引入比竖直或法向引入可以更有效地抑制喷动气体向环流区扩散 ,降低最小喷动气速。在总气速一定的条件下 ,增大辅助气速的比例 ,可以降低喷动区空隙率而使颗粒浓度增大 ,提高颗粒的循环流动量。相比而言 ,喷动气速对喷动区颗粒的流动速度影响较大 ,而水平辅助气速对环流区颗粒的流动速度影响较大     

新颖环形喷动床颗粒喷动特性实验研究

一种新颖的环形喷动床由内外两个不同内径、同心的垂立圆筒组成,在环形空间底部设置多个喷口,在喷口两侧布置倾斜的导流板.研究颗粒在这种喷动床内的流动特性,探讨喷口结构、颗粒种类以及床内载料量对环形喷动床颗粒喷动特性的影响.实验结果表明:颗粒在环形喷动床内分为三个明显不同的区域,即颗粒填充移动区、密相喷动流化区以及稀相夹带区.当颗粒出现分区喷动后,随床内载料量的增多,填充移动区的高度维持不变,始终等于导流板的高度,而密相喷动区的高度不断增加.风量和颗粒种类对床层最大喷动量、密相喷动高度以及床层压力分布规律有着十分重要的影响.采用不同的喷口结构时,在相同的载料量下,直向喷口的密相喷动区高度更大,而且床内各测点的平均压力大于采用斜向喷口时的相应测点压力.     

旋流筛板式气固挡板流化床内压力脉动特性

在表观气速Ug=0.04~1.14 m/s时,采用旋流筛板构型的挡板式内构件,通过对比分析旋流筛板式气固挡板流化床与自由床内流动现象、压差脉动标准偏差和压力脉动标准偏差等参数,确定了旋流筛板式气固挡板流化床能有效破碎气泡的流动与操作条件。结果表明,构件下方区域颗粒随表观气速增加而不断转移至构件上方床层,造成构件下方区域密相床层高度持续降低,该区域出现3种流动状态并直接决定构件是否能破碎气泡。当Ug<0.44 m/s时,构件下方区域密相床层料位较高,形成下部为密相床层、上部为密相与大气泡交替通过构件的鼓泡床,此时构件具有抑制气泡生长并破碎气泡的作用,全床压差脉动及压力脉动标准偏差低于相同条件下的自由床;当0.44≤Ug<0.66 m/s时,密相床层料位较低,形成下部为密相床层、上部为单一稀相的湍动床,此时构件不再直接抑制气泡生长或破碎气泡,但构件下方密相床层的存在能降低构件下方及构件上方一定高度内床层的压力脉动强度;当Ug≥0.66 m/s后,密相床层完全消失,形成气体为连续相的稀相流化状态,构件不能破碎气泡、降低床层压力和压差脉动强度。     

气固密相流化床颗粒温度的流体力学模拟与时间序列分析

应用基于颗粒动力学理论的欧拉-欧拉模型,模拟了不同表观气速下的气固密相流化床,测定了冷模流化床中压力脉动沿床高的变化,将CFD模拟与实验得到的床层压力分布及压力脉动频谱图相对照,验证了数值模拟方法的正确性。采用统计分析的手段对模拟得到的颗粒温度时间序列进行研究,结果表明,随着表观气速的增加,颗粒温度增大,颗粒温度时间序列的标准偏差增大,平坦度基本不变。将声能量理论与颗粒温度相结合并比照声能量沿床高的变化趋势,发现颗粒温度、颗粒温度时间序列的标准偏差及平坦度可用于确定颗粒运动“滞留区”的位置。引入颗粒温度谱,并根据脉动能的级串理论将颗粒温度谱划分为含能尺度、惯性尺度和耗散尺度,发现颗粒温度谱在惯性尺度内普遍偏离Kolmogorov-5/3定律而趋向符合Levy-Kolmogorov定律。在Levy-Kolmogorov定律的适用范围内,“滞留区”的颗粒温度谱衰减指数达到最大值,据此提出颗粒温度谱的衰减指数具有表征“滞留区”位置的潜力。     

喷动床内气固两相流动进口旋流效应数值模拟

为了研究喷嘴进口气体旋流效应对喷动床内气固两相流动特性的影响规律,采用数值模拟方法进行研究分析。通过欧拉-欧拉双流体模型和颗粒动力学理论对气固两相流动进行模型处理,分别对常规喷动床及带旋流器喷嘴喷动床进行模拟分析与对比。研究表明:喷嘴进口气体旋流效应显著地强化了喷动床内颗粒的径向运动,能有效消除柱锥区的颗粒堆积现象,扩大了低床层区气体喷射区的影响范围,增加了喷动床内气体的湍动能值,从而提高喷动床内颗粒处理的整体效率。存在最佳η(旋流器内径与外径比值)值,即η为0.526时,旋流气体对喷动床环隙区内颗粒堆积的消除作用及气体湍动能值的提升最为显著,同时旋流器喷动床的总体压降达到了峰值。     

连续运转的加压喷动流化床内颗粒停留特性

在一喷动流化床（直径５０ｍｍ）试验台上,采用０．６３～１．６０ｍｍ的原煤颗粒,进行了加料速率、流化气、喷动气以及压力等不同因素对颗粒在床内停留时间影响的实验研究,发现改变喷动床中气体流量,物料停留时间基本不变;改变流化气或喷动气,尤其后者,对停留时间影响明显;而一旦增加压力,会使停留时间延长．实验数据可为此类床型作为干燥器、气化裂解炉等的研究和应用提供有益参考．     

隔板式内循环流化床压力脉动信号递归分析

隔板式内循环流化床中流化态及颗粒循环特性对压力脉动信号特征具有重要影响，其作用机制尚未完全清楚。测量了隔板式内循环流化床在不同气速比条件下的压力脉动信号，通过时域及递归分析，获得了压力脉动信号的标准差、递归率、确定性及香农熵等特征参数。结果表明，随着表观气速比的增加，内循环中颗粒循环状态存在未循环、鼓泡循环、过渡循环和湍动循环四个阶段；通过压力脉动信号的标准差、递归图黑白结构占比和递归特征参数可识别这四种循环状态，递归特征参数在不同循环区域内显示出良好的线性关系，可用于识别隔板式内循环流化床系统的循环状态。     

《化工学报》2004年第55卷第2期目次

热力学　应用平均球近似理论计算锂盐有机溶液电导率传递现象　筛孔障碍物对半球气云爆燃压力增长机制影响的实验研究　气波管内波系影响因素的实验研究与数值模拟　水平气液混输管道清管操作试验与数值模拟技术　平行流分隔板管壳式换热器壳侧流场与传热性能　啮合同向三螺杆挤出机中三维等温流动的数值模拟　高压下Mellapak 35 0Y型波纹规整填料性能多相流　快速流化床提升管中气固流动行为的非线性分析　翼型组合桨持气特性的实验研究及数据关联方法　喷动床环隙区内颗粒流的数学模型和仿真　喷动床内气固两相流体动力行为的数值模拟催…     

快速流化床颗粒团絮特征的MP-PIC数值模拟

为了研究快速流化床颗粒的团絮特征,建立了基于多相质点网格法的快速流化床气固多相流三维数理模型,气相场采用大涡湍流模型,通过求解牛顿运动方程得到颗粒相运动信息,气固间相互作用力采用Gidaspow曳力模型,固体间作用力通过计算颗粒应力梯度得到。基于该模型,对三维快速流化床上升管（H=3 m、d=0.1 m）气固流动开展了数值模拟,并与实验进行了校正,研究了在气速工况U_g=5.28 m·s^-1下的颗粒（ρ_p=2650 kg·m^-3、d_p=250 mm）团絮性质,实现了对上升管内颗粒团絮的基本类型（条形团絮、马鞍形团絮、U形团絮）的成功预测,并揭示了不同类型团絮在上升管内形成、发展、聚并直至破碎的演化规律。结果表明,上升管径向颗粒团絮的平均颗粒浓度分布呈现中间低两边高的环核结构,颗粒团絮速度的分布与其相反;随着轴向高度的增加,颗粒团絮的颗粒浓度逐渐降低而速度逐渐增加,但达到一定高度后变化减缓。