气固鼓泡流化床的流动特性数值模拟

为了模拟研究均匀布风的气固鼓泡流化床的流动特性,建立双流体力学模型,利用计算流体力学软件(FLUENT)并通过软件接口插入自编的计算气泡频率、气泡速度、气泡长度程序模块,成功模拟出鼓泡流化床的颗粒循环及气泡的特殊流动状态。计算的气泡频率、气泡速度、气泡长度与实验结果相符。     

气固鼓泡流化床的放大规律模拟研究

为了揭示流化床的放大规律,对气固鼓泡流化床进行了数值模拟,考察了流化床放大对流化状态、膨胀比、分布板控制区、气泡特性的影响。结果表明:在表观气速不变,床体等比例放大的条件下,床径增大对流化床的流化状态影响较大,当气速低于临近流化速度时,床径越大,膨胀比越小;当气速高于临近流化速度时,不同床径的膨胀比在1.18-1.48范围内波动;分布板控制区受床径增大的影响较小,不同床径的分布板控制区均在分布板以上10-15mm范围内;随着流化床径增大,气泡上升速度逐渐增加,而气泡初始直径受流化床放大影响较小。     

加压条件下气固流化床流动特性的CFD模拟研究

本文利用CFX模拟软件,考察了加压流化床内的三维流动特性,分析压力对床层沿床压降、固含率轴径向分布、颗粒速率以及气泡行为等方面的影响。结果表明,升高压力能够提高床层膨胀高度,降低床层固含率。在床层底部,升高压力对中心区域和壁面附近的固含率都会有明显影响,而在床层中部则主要使壁面附近固含率降低。同时,升高压力会明显增加床层底部的颗粒向上和向下速率,并且会使床层内气泡数量增加,气泡会出现频繁的合并与破裂。     

基于EMMS曳力的湍动床气固流动CFD模拟

湍动流化床已广泛用于费托合成、FCC催化裂化等工业过程。其主要流动特点是由底部密相鼓泡区与顶部稀相分散区两者构成。由于湍动流化的复杂性,导致目前对该类体系内非均匀结构形成与演化的研究相对较少。近年来,快速发展的计算流体力学方法为深入研究此类流化提供了一种有效的手段,然而传统的双流体模型往往不能成功捕获到湍动流化的复杂结构。为了考虑非均匀结构对曳力的影响,本文提出了一个改进的曳力模型,即将湍动流化床分为3个区域:底部鼓泡区、过渡区和顶部稀相区。其中,底部区采用气泡EMMS曳力模型进行修正,过渡区采用Wen-Yu曳力模型,顶部区采用Schiller-Naumann曳力模型。修正的曳力模型与双流体模型耦合后,再通过FLUENT商业软件平台对湍动流化床内的气固两相流动进行CFD模拟。模拟结果显示,修正的曳力模型可以较好的预测湍动流化床内的流体动力学特征。该曳力模型能够模拟底部密相鼓泡区和顶部稀相分散区的两相共存结构,颗粒浓度在径向分布上为"环-核"结构,模拟的轴向颗粒浓度分布与实验数据吻合较好。     

循环流化床气固两相流动模拟

循环流化床已被广泛用于能源、化工、环保等工业领域,但由于流化床内两相流动、传热及化学反应的物理机理和作用规律复杂性,目前为止对流化床的认识还远远不能令人满意,因此了解流化床内流动机理对循环流化床的设计和运行有深远的指导意义.针对循环流化床燃烧技术,建立了描述其炉内气固运动特性的三维数学模型,用Fluent软件作计算工具,利用欧拉双流体模型(EULERIAN-EULERIAN)对流化床内的颗粒浓度分布、颗粒速度分布和床内压力分布等进行了三维数值模拟,计算结果表明:在床内固体颗粒浓度中心区域低、近壁面高的环核结构,固体颗粒在横截面上存在由核心区向环形区的内循环运动,在相同流化风速度下,沿床高压降随循环物料的增加而变大,在相同的物料循环量,沿床高压降随着流化风速的增加而减小.     

颗粒动力学与湍动能耦合的稠密两相流动数学模型

在气相湍流流动的k-ε模型基础上,建立了颗粒动力学与湍动能耦合的稠密两相流动数学模型。颗粒相的有效粘性系数取决于颗粒之间相互碰撞而引起的层流粘性以及颗粒微团的湍流脉动而形成的湍流粘性,其中颗粒的碰撞行为以及所形成的颗粒的层流特性用颗粒动力学模型来描述,颗粒的湍流特性采用颗粒湍动能输运方程模型来描述。利用所建立的模型对提升管内气固两相流动过程进行了数值模拟,可以合理地预报出提升管内气固两相的环核流动结构。     

气-固加压流化床压力脉动信号的分析

对气-固流化床特别是气-固加压流化床压力脉动信号进行深入分析有助于更好地了解该类反应器内的流动行为。为了研究压力脉动信号与加压气-固流化床内流动行为的关系,以FCC催化剂为实验物料,采用密相段内径300 mm、高度3800 mm、扩大段内径600mm、高度800mm的加压流化床,对其压力脉动信号进行快速傅里叶变换(FFT)和小波分析,获得了代表气泡行为的特征频率(D5-D7);分析此频段能量特征值随表观气速的变化规律,得出了流型转变速度u_c,并考察压力对u_c的影响。结果表明:压力波动能量集中在低频,随着气速的增加能量特征值先增加后减小,压力升高u_c减小。     

颗粒动力学与湍动能耦合的稠密两相流动数学模型

在气相湍流流动的κ-ε模型基础上，建立了颗粒动力学与湍动能耦合的稠密两相流动数学模型。颗粒相的有效粘性系数取决于颗粒之间相互碰撞而引起的层流粘性以及颗粒性以及颗粒微团的湍流脉动而形成的湍流粘性，其中颗粒的碰撞行为以及所形式的颗粒的层流特性用颗粒动力学模型来描述，颗粒的湍流特性采用颗粒湍动能输运方程模型来描述。利用所建立的模型对提升管内气固两相流动过程进行了数值模拟，可以合理地预报出提升管内气固两相的环核流动结构。     

浓相高密度气固流化床动力学特性模拟研究

气固流化床内部运动状态和流体力学特性是研究者普遍关心的问题。浓相高密气固流化床就有不同于一般化学工业流化床的特点：固相介质密度高（4．0—5．0g／cm^3），空隙率小（0．3～0．42），气相速度小（0．15—0．30m／s）。使用基于物质、质量守恒定律建立了双流体模型对气固流化床动力学特性进行了模拟研究。在二维直角坐标系中用控制容积差分法离散方程。并在气相表观速度为0．157m／s条件下，基于0．1cmm＊0．1cm的交错网格，求解了时间长度为1．2秒的固体介质流动状态。计算结果表明：固相的流动形态为中心上升边界下降的趋势。该结果与试验结果符合的很好。     

垂直螺旋输送机气固两相流的试验及数值模拟

在试验的基础上,采用欧拉-欧拉双流体模型对垂直螺旋输送机气固两相流动进行了数值模拟,分析了输送过程中的颗粒速度、混合相压力、颗粒体积分数、颗粒填充率和颗粒拟温度的分布。结果表明:颗粒轴向速度受进口和出口影响较大,本文根据轴向速度的分布,将流场分为进口影响区,稳定输送区,出口影响区。在稳定输送区内,颗粒总速度在管壁处较大,由于间隙的存在,颗粒轴向速度在靠近管壁处较小,最大值仅出现在叶片外缘处。混合相压力随着高度的增加而增大,在出口处略大于大气压。随着转速的增加,颗粒填充率减小,颗粒逐渐聚集在管壁和叶片外缘处,单个螺距内且呈V形分布。叶片上的颗粒拟温度沿径向自内向外逐渐增大,靠近管壁处的颗粒拟温度大于流道中的颗粒拟温度,可用颗粒拟温度来表示叶片磨损情况。