循环流化床内煤粉颗粒团燃烧行为理论分析

循环流化床内的流动属于复杂不均匀的稠密两相流，大部分颗粒在流场内聚集成团，作为一个整体流体团在两相流场中运动与反应。气固之间的反应主要表现为颗粒团与气体之间的反应，因而循环流化床内煤粉的燃烧行为与其他煤粉燃烧形式有很大的区别。该文对不同情况下煤粉的燃烧行为进行了分类，建立了煤粉-物料颗粒团与氧气的异相反应模型，采用上述模型对循环流化床内的煤粉颗粒团的两相流动、反应过程进行详细的分析计算，分析了床内各部分成团效应对煤粉燃烧速率的影响，揭示了煤粉颗粒在床内的燃烧特性，对循环流化床锅炉的优化设计与运行具有重要意义。     

排烟脱硫循环流化床内脱硫过程的数值模拟

该文采用欧拉坐标和拉格朗日坐标相结合数值模拟了排烟脱硫循环流化床内的脱硫过程。将循环流化床内的生石灰粉和飞灰物料形成的颗粒团作为离散项，建立了床内两相运动及脱硫化学反应的模型与算法，得到了详细合理的计算结果。结果表明，采用该文的模型和算法模拟工程意义上的循环流化床内的稠密气固两相反应流是可行的。     

600MW循环流化床锅炉水冷壁和中隔墙传热特性

采用结合颗粒动力学的双流体模型,利用FLUENT软件计算600MW循环流化床锅炉炉膛内气固三维流场,将水冷壁、中隔墙表面气固三维流场结果与循环流化床颗粒团更新传热模型相结合,得到水冷壁、中隔墙传热系数三维分布和热流密度。结果表明,炉膛的气固流动呈双环核结构分布,在水冷壁及中隔墙表面均存在贴壁下降颗粒团;炉内受热面传热系数受其表面的气固流场参数影响大,尤其是颗粒浓度;水冷壁、中隔墙传热系数轴向分布相似,沿床高增加,颗粒团壁面覆盖率减小,对流传热系数减小,辐射传热系数增大,总传热系数和热流密度逐渐减小;炉膛四角以及水冷壁和中隔墙的夹角处存在相对较高的传热系数和热流密度。     

喷动床颗粒粒径对提升管团聚特性影响的三维数值研究

采用离散单元方法(DEM),对喷动床提升管内稠密气固两相流动过程进行了三维数值模拟。颗粒相采用拉格朗日法,考虑了颗粒间及颗粒与气相间的相互作用,颗粒碰撞采用软球模型;气相采用欧拉法,利用标准k-ε模型模拟气相的湍流流动。通过对颗粒和气体流动行为的分析,获得了提升管内部稠密颗粒相的分布,并考察了颗粒粒径对提升管颗粒团聚特性的影响。结果表明,当颗粒的粒径较小时,提升管壁面处发生大规模的颗粒团聚,颗粒的分布不均匀;随着颗粒粒径的增大,颗粒团聚现象得到明显改善;当颗粒粒径为160μm时,沿着提升管高度方向的颗粒分布比较均匀,无团聚现象。通过计算分区的方法统计提升管内各区域颗粒数量百分比,统计结果与数值模拟结果吻合较好。     

颗粒相双尺度湍流模型及其在提升管稠密两相流中的应用

稠密两相流动是当前国际上的研究热点,大多数湍流模型都基于单个时间尺度及长度尺度,然而实际的湍流脉动包含了很宽的涡旋尺度范围及时间尺度范围。为了较合理地模拟湍流脉动及其所造成的各向异性,基于多尺度概念,该文建立了颗粒相的双尺度湍流模型,包括颗粒相大尺度脉动湍动能方程,小尺度脉动湍动能方程,大尺度脉动能量传递率方程,小尺度脉动耗散率方程等。利用该模型对循环流化床提升管内的稠密气固两相流动进行了数值模拟,所得颗粒浓度及速度分布和实验数据吻合较好,该模型的结果较kf-ef-kp-ep-q两相湍流模型的结果有所改进。     

双尺度二阶矩颗粒湍流模型和提升管内稠密两相流动的模拟

稠密气固两相流动是当前国际上的研究热点,常常采用将颗粒湍流模型和反映颗粒碰撞作用的动力学模型叠加的办法来构造稠密两相流动的湍流模型。但是，对颗粒湍流模型，国内外尚没有进行双尺度湍流模型的研究。该文基于将颗粒脉动分成湍流引起的大尺度脉动和颗粒间碰撞产生的小尺度脉动的概念，建立了一种新的双尺度二阶矩颗粒湍流模型，并对提升管内的稠密气固两相流动进行了模拟。所得颗粒浓度及速度分布和实验数据吻合较好，能揭示出提升管内的环-核流动结构。该模型的结果比单尺度二阶矩两相湍流模型的结果有所改进。     

循环流化床内烟气脱硫模拟分析

基于气固两相流双流体模型及床内浆滴蒸发和SO2吸收过程的分析，该文发展了循环流化床烟气脱硫过程的双流体，蒸发脱硫模型。采用恢复系数修正颗粒与颗粒团、壁面之间碰撞影响，合理解释固相含率沿径向分布特性；引入颗粒相湍能和湍能耗散率描述颗粒团的脉动过程，分析不同表观气速和颗粒循环量时床内颗粒相轴向速度沿径向变化规律，及颗粒团形成和脉动对浆滴蒸发和脱硫效果的影响。分析指出颗粒团的形成可减小浆滴蒸发速度，增强脱硫效果。     

重力条件对稠密气固两相流动特性影响的数值模拟

基于稠密气体分子运动论和颗粒动力学,考虑颗粒与颗粒之间离散介质特性,应用稠密气固两相流动的欧拉-欧拉双流体数学模型,采用大涡模拟求解气相湍流流动,数值模拟航天环境中部分重力条件和地面重力条件下气-固反应器内稠密气固两相流体的流动行为,得到了颗粒浓度、气相和颗粒相速度以及源于颗粒间碰撞而产生小尺度颗粒脉动强度的详细分布.计算结果表明：重力条件是影响稠密颗粒流体动力特性的重要因素,重力降低有利于在系统中产生非均匀结构和增强小尺度颗粒脉动强度.     

用拉格郎日法对气固两相流动的数值模拟

在火力发电设备中，广泛存在着气固两相流动的问题，用计算机对气固流动进行模拟研究已成为重要手段骼欧拉方法对单相相介质流动和稀相范围的大两相流动进行数值模拟，已经得到广泛的应用。而对于浓相范围的气固流动，如流化床锅炉中的煤颗粒输送和床内沸腾等，由于颗粒场的客观不连续性，采用欧拉方法所得到的模拟结果与实际情况有很大偏差。随着计算机容量和计算速度的快速发展，应用拉格朗日法对浓相范围的气固两相流动进行数值模     

κ—ε—Ap两相湍流模型用于模拟悬浮床两相流动

从气固流动的κ-ε-Ap模型出发，对底部向上射流悬浮床内气固两相流动进行了数值模拟，得到了不同入口气速下各截面的颗粒相速度场和脉动速度场的分布，计算结果与实验定性一致。计算结果与实验值对比的结果表明，数值模拟对进一步的研究有指导意义。     

采用颗粒团离散单元方法研究颗粒浓度的非均匀分布

气固两相流中尤其是稠密气固两相流中颗粒浓度在空间的分布总是非均匀，局部颗粒聚集。该文直接以颗粒团为研究对象，采用颗粒团离散单元方法(DEM)，建立非球形颗粒团的运动碰撞的模型与算法，基于真实碰撞，跟踪每个颗粒团的运动，模拟3种均匀或非均匀流场内的颗粒团运动经历。计算结果展现了颗粒浓度非均匀局部聚集的过程，揭示不同工况下流场中颗粒团的大小，颗粒分布及局部颗粒聚集的规律，结果表明在均匀流场中，颗粒均匀密集，非均匀流场中，颗粒浓度的非均匀性加剧。所得计算结果合理，与前人的模拟结果及实验结果相符。同时计算表明，采用颗粒团DEM模型能真实地揭示稠密气固两相流的特性，并使计算量有效减少。     

流化床炉内颗粒及气泡运动虚拟表示研究

该文介绍了以VC^ 6.0为平台，结合Intra3D技术，研究流化床炉内粒子和气泡运动的三维动态可视化虚拟表示方法。在流化床锅炉数值仿真的基础上，运用计算机图形学的理论和方法，利用数字仿真的大量数据，借助于粒子运动系统的表示方法，虚拟地表示出流化床的颗粒和气泡的运动，并实现动态显示和基本的人机交互。该研究可拓展热力系统性能研究的思路，弥补试验或中试研究投资大、周期长的不足，开拓出新型的热力系统的虚拟再现研究手段。     

循环流化床锅炉炉内颗粒分布平衡模型

在对循环流化床锅炉炉内颗粒特性分析的基础上,提出同时以颗径和密度两参数来描述炉内颗粒特性。结合循环流化床锅炉特殊的炉内流体动力特性,建立了包括炉膛密相区和稀相区在内的循环流化床锅炉炉内宽筛分的颗粒分布模型,其中密相区假设为浓度分布均匀的湍流床,而稀相区则为和核心-边壁区的流动结构。模型同时耦合炉内颗粒所经历的爆裂、燃烧、磨损及气固分离等物理和化学过程。应用以所建的颗粒分布平衡模型为子模型的循环流化床唤炉总体数学模型模拟了一台12MW循环流化床锅炉燃用烟煤时满负荷运行的工况。计算时把炉内颗粒分为70档,其中颗粒粒径在0～8mm之间分为10档,密度在1100～2400kg/m∧3之间分为7档,模拟计算所得的炉内颗粒分布合理正确,与试验研究研究结果吻合良好,表明所建立的颗粒分布模型可以用来描述循环流化床锅炉炉内颗粒分布特性。     

六回路循环流化床颗粒浓度及循环流率实验研究

在六回路循环流化床冷态实验台上,采用差压法和积料法分别测定床内的颗粒浓度分布和物料循环流率,实验研究运行参数对颗粒浓度分布和循环流率的影响规律。结果表明,六回路CFB颗粒浓度分布与单回路CFB相似,沿炉膛高度呈下浓上稀的分布,炉膛出口区的颗粒浓度和速度决定了物料循环流率。当空截面气速增加时,炉膛出口区的颗粒浓度和速度均增大,六回路的循环流率大幅度增加。当二次风率小于30%时,对颗粒浓度和循环流率影响不大。颗粒浓度和循环流率随静止床高增加而增加。颗粒粒径增大时,密相区颗粒浓度增加,稀相区颗粒浓度减小,循环流率减小。基于炉膛出口区颗粒浓度和颗粒速度计算的循环流率理论值与实验数据比较吻合。     

集成内循环双速流化床脱硫塔内气固两相流动的试验研究

提出了集成内循环双速流化床脱硫塔的工艺,利用激光多普勒粒子动态分析仪(PDA)对塔内的气固两相轴向速度、切向速度和颗粒浓度进行测量。对塔内的气固流动特性以及旋流结构和槽形分离器对内循环的贡献进行研究,为优化脱硫塔工艺设计提供依据。     

矩形截面流化床内颗粒运动可视化试验研究

将高速摄影和颗粒图像测速(PIV)技术结合，以空气作为流化介质，0.1~0.65mm透明玻璃珠为床料，对不同截面风速下矩形截面流化床内过渡区和稀相区的颗粒速度分布进行了分析。试验表明：过渡区截面突变造成颗粒的运动流场发生偏转，颗粒横向运动明显增强；稀相区的出口效应和矩形截面的角落效应对截面上的颗粒速度分布有重要影响。越靠近出口颗粒的横向运动越剧烈。出口效应对颗粒横向速度分量的影响要大于对轴向速度分量的影响，横向速度分量是影响稀相区颗粒宏观运动规律的主要因素。截面风速增大，使得测试区域的颗粒速度分布的不均匀性加剧。为减小锅炉磨损，对截面突变区域要使用圆滑过渡，减少不规则区域的存在；选择合理的出口结构和截面风速，同时要考虑角落防磨。