PIV应用于气固多相流动的研究现状

作为一种瞬时全场测速技术，PIV测试技术近年来在单相流或多相流领域中得到了广泛应用，作者概述了国内外近年来PIV技术在气固多相流动领域中的应用状况，并着重对流化床和循环流化床气固两相流动粒子图像可视化研究工作进展进行了总结和分析，指出PIV技术在循环流化床气固两相流体特性研究中具有很好的应用前景，图1参13。     

矩形平壁循环流化床冷态流动特性研究

在循环流化床冷态试验台架上，以空气为流化介质，砂子（０．１￣０．４５ｍｍ）为床料，采用反射式光导纤维探针，分别测定了铅轴向和径向的颗粒浓度分布，特别是考察了矩形截面循环床边角对气固两相流动的影响，对径向颗粒浓度分布的影响，考察了壁面附近的气固流动。引入了时序分析方法对采样数据建立了参数模型。实验结果对加深循环流化床内气固两相流动的理解具有重要意义。     

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.     

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     

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。     

内循环流化床颗粒流动特性的直接数值模拟

内循环流化床是一种新型式的流化床，采用多风室非均匀布风实现床料颗粒的大尺度循环流动，从而增强了颗粒的横向混合。内循环流化床已应用于城市生活垃圾的焚烧制能，其燃烧速度、燃尽率及污染物排放优于传统的链条炉或鼓泡床。但是，目前设计的内循环流化床普遍较小，还不能满足城市垃圾的处理要求．根本原因在于对床内的气-固流动特性，特别是颗粒的运动规律没有深入的认识。内循环流化床内的气一固流动属于稠密的两相流，通过试验手段，如PIV、PDA也很难获得床内单个颗粒的运动特征。因此，采用前言的DEM(Discrete Element Method)模型对二维内循环流化床内的颗粒流动进行直接数值模拟．模拟结果表明非均匀布风内循环流化床内确实存在颗粒的大尺度循环流动。图4表1参5     

大型循环流化床锅炉固体颗粒流动及分布的数值模拟

对引进的４１０ｔ／ｈＰｙｒｏｆｌｏｗ商用循环流化床锅炉燃烧系统固体的流动过程及其分布特性进行了数字模拟,建立的流动模型采用小室模型模拟气固两相沿轴向的流动,采用“核心－环”流动结构模拟气固两相在径向的不均匀性,模拟时考虑了给料,固体颗粒磨损以及床料的宽筛分等特性,为引进大型商用循环流化床锅炉技术的消化吸收进行了初步的基础研究,并为进一步分析研究该循环流化床锅炉的整体特性奠定了基础。     

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。     

循环流化床脱硫塔内气固两相流动规律实验研究

应用粒子动态分析仪(PDA)对循环流化床脱硫塔试验台内,气固两相流场进行测试研究.测得了脱硫塔内颗粒浓度和气固两相速度分布特性.结果表明:脱硫塔内气固流场呈环核流动特性,边壁颗粒浓度高,中心颗粒浓度低,这有利于防止壁面结垢和提高脱硫塔的运行稳定性.脱硫塔内气固颗粒速度十分接近,这不利于气液传质过程.研究结论对工程应用有很好的参考价值.     

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。     

流化床煤燃烧与气化过程中的辐射换热

流化床反应器中颗粒与颗粒之间的传热在一定程度上决定了化学反应的速率及反应的中间历程。本文通过对气固流化床乳化相中颗粒群结构的进一步认识，建立了颗粒间的辐射换热模型，比较了不同颗粒直径、不同床层温度水平及不同流化工况下颗粒间辐射换热与通过气膜导热份额的大小，并预测了流化床反应器中反应颗粒与惰性床料之间的温差，对于流化床反应器选择合理的运行工况和进行操作参数优化具有参考价值     

颗粒帘换热器中固体颗粒流动特性实验研究

提出了一种基于气体-固体颗粒快速热平衡的颗粒帘换热器。为揭示该换热器中气粒两相间的动力学特性,在颗粒帘换热器实验平台上开展了颗粒帘换热器中固体颗粒流动特性的冷态实验。实验结果表明:颗粒帘沿程厚度随进气速度的增加而减小,颗粒帘后沿水平偏移量随进气速度的增加而增大;颗粒帘沿程厚度及颗粒帘后沿水平偏移量随颗粒帘初始厚度的增加而增大,随颗粒粒径及颗粒质量流量的增加而减小;颗粒帘沿程厚度和颗粒帘后沿水平偏移量随着颗粒帘下落高度的增加而增大;颗粒帘落点水平偏移量随进气速度的增加而增大,随颗粒帘初始厚度及颗粒粒径及颗粒质量流量的增加而减小。这些结果为颗粒帘换热器结构的优化设计和气固两相流动、换热及积灰特性的研究奠定了良好的基础。     

不同颗粒物性对异径混合非球形颗粒分离特性影响的数值模拟

采用多元颗粒模型描述了3种非球形颗粒,即玉米形颗粒、椭球形颗粒和圆柱形颗粒,分析了其碰撞机理,建立了非球形颗粒的运动方程,通过实验验证了模型的可靠性,并研究了不同颗粒物性对异径混合颗粒分离特性的影响.结果表明:不同形状颗粒的分离特性有很大不同,其中椭球形颗粒的分离程度最大,球形颗粒的分离程度最小,且分离程度随着颗粒直径比的增大而增大,而颗粒密度比对颗粒的分离情况基本没有影响.     

颗粒帘换热器中颗粒空隙率的计算方法与实验研究

运用流动过程能量守恒原理与Ergun公式,推导出基于颗粒帘工况条件与运行参数的颗粒空隙率计算公式,并根据实验测试结果计算得到各工况条件对颗粒空隙率的影响规律.结果表明:颗粒空隙率沿下落行程呈现先减小后增大的规律;颗粒空隙率随进气速度及颗粒帘初始厚度的增大而增大,随颗粒粒径及颗粒质量流量的增大而减小;进气速度、颗粒帘初始厚度对颗粒空隙率的影响大于颗粒粒径、颗粒质量流量对颗粒空隙率的影响.     

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。     

纯锆粉及包覆Fe3O4锆粉的燃烧特性

使用TG分析法分析了纯锆粉与包覆了Fe3O4的锆粉(简称包覆锆粉)的静态氧化特性,并利用高速摄像、超细热电偶等技术对纯锆粉与包覆锆粉的燃烧特性开展了实验研究.TG分析显示,相同粒径的包覆锆粉的增重比相对纯锆粉有显著降低.通过对高速摄像图片分析得出,纯锆粉的火焰传播速度大于包覆锆粉的火焰传播速度;且在质量浓度为0.454,kg/m3时,二者火焰传播速度的震荡较剧烈;而在质量浓度为0.842,kg/m3时,二者火焰传播速度可以实现较为稳定的增长.经过对火焰温度的对比研究可知,在不同的质量浓度下,包覆锆粉的温升与纯锆粉的温升之间存在一个滞后过程.最后对包覆锆粉的燃烧产物进行了XPS分析,测得Fe元素的峰值为709.99,推测其燃烧过程中Fe3O4与Zr可能发生了置换反应.     

磨损微粒监测技术述评

本文全面分析了现有各种磨粒监测技术的工作原理;评述了其优缺点;简介了一种新型的分析油液中铁磁性磨粒的仪器──铁磁性磨粒监测器。     

汽油机颗粒捕集器(GPF)应用匹配参数研究

以某款配置汽油机颗粒捕集器(gasoline particle filter,GPF)发动机为研究对象,建立了基于博世BOASH MED17810平台的发动机GPF标定试验台架,分析了GPF中碳载量对发动机性能的影响,并研究了不同温度、不同氧流量、碳载量对GPF燃烧速率的影响规律,以及燃油中断时间对GPF温升变化的影响。试验结果表明:增加GPF后,发动机外特性扭矩比GPF原始无碳载量的扭矩低,功率降低约5 kW;温度越高、氧流量越大、载碳量越多,GPF燃烧速率越快。当GPF碳载量为5 g、燃油中断30 s时,GPT载体温度达到GPF材料的耐受温度阀值。     

浅谈柴油机排放中的颗粒与烟度

在比较颗粒与烟的概念、颗粒和烟度的测试手段的基础上,分析了两者的不同和联系。通过欧II8与欧Ⅲ13工况试验,分析得出了烟度与颗粒的近似关系:即烟度大时颗粒排放也大,二者表现出正向的对应关系。     

Particle density determination of pellets and briquettes

Several methods and procedures for the determination of particle density of pellets and briquettes were tested and evaluated. Round robin trials were organized involving five European laboratories, which measured the particle densities of 15 pellet and five briquette types. The test included stereometric methods, methods based on liquid displacement (hydrostatic and buoyancy) applying different procedures and one method based on solid displacement.From the results for both pellets and briquettes, it became clear that the application of a method based on either liquid or solid displacement (only tested on pellet samples) leads to an improved reproducibility compared to a stereometric method. For both, pellets and briquettes, the variability of measurements strongly depends on the fuel type itself.For briquettes, the three methods tested based on liquid displacement lead to similar results. A coating of the samples with paraffin did not improve the repeatability and the reproducibility.Determinations with pellets proved to be most reliable when the buoyancy method was applied using a wetting agent to reduce surface tensions without sample coating. This method gave the best values for repeatability and reproducibility, thus less replications are required to reach a given accuracy level. For wood pellets, the method based on solid displacement gave better values of repeatability, however, this instrument was tested at only one laboratory.