鼓泡流化床流动特性的数值仿真和实验研究

研究鼓泡流化床传热效率优化问题,在不同的初始床层高度下,鼓泡流化床内气固两相流动特性和燃烧效率会发生明显的变化.为研究鼓泡流化床在不同的初始床层高度下的气固两相流动特性,为减少厂用电的消耗和炉膛内的磨损,提出建立脉动进口速度边界条件下的二维鼓泡流化床气固运动模型,对颗粒的流态化进行建模,采用Fluent仿真软件进行仿真.仿真结果和实验表明,随着初始床层高度的增加:气泡直径增大,气体泄漏率减小,床层压力分布基本不变,颗粒相速度增大,流动结构的非均匀性增强,炉膛内磨损增大.仿真结果为优化设计提供了依据.     

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。     

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.     

三相鼓泡床反应器中固体浓度分布与数值模拟

在气、液两相为连续相固相为颗粒流(granular)的基础上进行模拟,建立了描述三相浆态鼓泡床中湍流流动的模型,在模型中考虑了气相在穿过液相中所形成的气泡直径以及固体颗粒大小对系统的影响,同时对任意两相之间的连续性方程和动量方程进行耦合。以三相浆态鼓泡床固体浓度分布为例进行数值模拟,模拟值与实验值吻合较好,表明模型可靠,模拟方法正确,为研究三相浆态床流态特征提供了一种便捷的方法,也为三相浆态床反应器的设计、开发、放大开辟了一条新的道路。     

双流化床全场气固流动的数值模拟研究

以自行设计的双流化床装置为研究对象.以欧拉双流体模型为基础,采用FLUENT软件对双流化床装置的全场气固流动特性进行数值模拟探究.分析了燃烧炉的流化风量对其内部颗粒分布与运行情况的影响.认为随着燃烧炉底部流化风量的增加,燃烧炉内整体颗粒浓度逐渐降低,靠近出口位置的颗粒上行速度增加.     

湍流状态下工业流化床反应器的模型与模拟

运用７种典型的鼓泡流化床反应器模型对湍流状态下工业邻苯二甲酸酐反应器进行了模拟计算，模拟计算结果与工业数据的对比与分析表明了鼓泡流化床模型可以拓宽应用于湍流体系。     

基于双截面ERT对鼓泡床气含率分布的可视化测量

鼓泡床以其结构简单、效率高,广泛应用于化工、制药等领域。鼓泡床中气/液分布受诸多因素影响,如筛板构型、气/液混合比、温度等,而气/液分布直接影响反应效率。因此,气含率分布的实时检测成为过程控制及鼓泡床优化的重要依据。通常,传统检测手段,如压差法及电导探针法,仅能测得集总或局部信息。将电阻层析成像(ERT)技术引入鼓泡床测量,可获得2D/3D电导率分布及流速分布图像。通过对数据/图像后处理,可提取整体和局部流动参数。试验结果显示,ERT结果与传统方法符合,测量误差≤5%。     

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。     

撞击流反应器内气固两相流动的数值模拟

采用标准k-ε湍流模型和颗粒轨道模型模拟了水平撞击流反应器内的气相流场和颗粒运动,实验采用压力计和PV4A光纤速度测量仪测量了整体压力损失和颗粒沿喷嘴轴线的速度变化,模拟得到的规律和实验结果基本吻合。通过模拟还得到了单侧颗粒进料时的颗粒运动特征、颗粒的最大渗透深度和平均飞行时间等信息。结果表明,撞击区域集中在2～3倍喷嘴直径范围之内,气流场的速度和压力呈对称分布,颗粒进入反向气流后速度急剧衰减,最大渗透深度约为喷嘴直径的2倍,颗粒的平均飞行时间在0.7 s～1.8 s之间。随着喷嘴气流速度的增加,颗粒物料更容易被气流带走。     

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。     

Adjustment of drag coefficient correlations in three dimensional CFD simulation of gas-solid bubbling fluidized bed

Fluidized beds have been widely used in power generation and in chemical, biochemical, and petroleum industries. 3D simulation of commercial scale fluidized beds has been computationally impractical due to the required memory and processor speeds. In this study, 3D Computational Fluid Dynamics simulation of a gas-solid bubbling fluidized bed is performed to investigate the effect of using different inter-phase drag models. The drag correlations of Richardon and Zaki, Wen-Yu, Gibilaro, Gidaspow, Syamlal-O’Brien, Arastoopour, RUC, Di Felice, Hill Koch Ladd, Zhang and Reese, and adjusted Syamlal are reviewed using a multiphase Eulerian-Eulerian model to simulate the momentum transfer between phases. Furthermore, a method has been proposed to adjust the Di Felice drag model in a three dimensional domain based on the experimental value of minimum fluidization velocity as a calibration point. Comparisons are made with both a 2D Cartesian simulation and experimental data. The experiments are performed on a Plexiglas rectangular fluidized bed consisting of spherical glass beads and ambient air as the gas phase. Comparisons were made based on solid volume fractions, expansion height, and pressure drop inside the fluidized bed at different superficial gas velocities. The results of the proposed drag model were found to agree well with experimental data. The effect of restitution coefficient on three dimensional prediction of bed height is also investigated and an optimum value of restitution coefficient for modeling fluidized beds in a bubbling regime has been proposed. Finally sensitivity analysis is performed on the grid interval size to obtain an optimum mesh size with the objective of accuracy and time efficiency.     

基于EMMS模型的聚乙烯流化床流体力学模拟

目前,针对气-固流化床的数值模拟多采用欧拉-欧拉双流体模型(TFM)。而传统的TFM基于均匀拟流体假设,不能准确描述流化床内流态化的非均匀性及介观尺度的性质,如颗粒团聚。本文采用基于能量最小多尺度方法(EMMS)的双流体模型(EFM)来研究聚乙烯流化床流体动力学,模拟结果证明EFM较好把握了流化床内的非均匀性以及介观尺度性质,更能准确描述聚乙烯流化床反应器内部的流体动力学。EFM模型的应用可以为聚乙烯生产过程中流化床结构改进以及"热点"的避免提供更有说服力的模拟验证。     

Dynamic model for a bubbling fluidized bed coal combustor

The bed fuel inventory is one of the key variables in the fluidized bed combustion process when describing the dynamic behaviour of combustors burning fuels like coal or graphite. Many of the essential features of fluidized bed combustor responses can be simulated with the dynamic model presented. The model consists of differential equations describing the dynamic behaviour of the furnace and steady-state calculations for the burning of char particles. The simulations show good agreement when compared to process measurements from a commercial-sized coal combustor.     

原位脱碳流化床煤气化反应器的数值模拟

为了减少温室效应,对于煤气化过程中CO_2的减排与零排放技术的研究成为必要。本文建立了全面的煤气化反应器的数值模型,对以CaO作为吸收剂的原位脱碳的流化床煤气化反应器进行了数值模拟。模拟以简化结构的二维反应器为求解域,应用标准k-ε模型描述气相湍动,EDC模型描述反应器中湍流与反应的偶合,EDC模型将详细的化学动力学融入到湍流混合中。讨论了反应器中温度、气速、压力及气体产物的分布。     

Nonlinear model predictive control of a batch fluidized bed dryer for pharmaceutical particles

The availability of reliable online moisture content measurements exploiting near-infrared (NIR) spectroscopy and chemometric tools allows the application of online control strategies to a wide range of drying processes in the pharmaceutical industry. In this paper, drying of particles with a pilot-scale batch fluidized bed dryer (FBD) is studied using a in-line NIR probe. A consolidated phenomenological state-space model of an FBD based on mass and energy balances is calibrated applying a nonlinear least-square identification to experimental data (grey-box modeling). Then, relying on the calibrated model, a nonlinear model predictive controller and a moving horizon state estimator are designed. The objective is to reach a specific particle moisture content setpoint at the end of the drying batch while decreasing cycle time and limiting particle temperature. A penalty term on the energy consumption can also be added to the usual tracking control cost function. Compared to a typical FBD operation in industry (mostly open-loop), it is shown that the drying time and the energy consumption can be efficiently managed on the pilot-scale process while limiting various operation problems like under drying, over drying, or particles overheating.     

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。     

气固两相流中颗粒间碰撞传热进展

稠密气固两相流中,颗粒间的碰撞成为流动、传热过程的重要作用机理,它们对热交换过程有重要的贡献。文章概述了气固两相流中,颗粒间碰撞传热机理的研究现状;评述了欧拉-拉格朗日和欧拉-欧拉模型框架下,颗粒间碰撞传热研究的进展。基于颗粒动力学理论和随机碰撞频率的概念,建立了适用于欧拉-欧拉方法的颗粒间碰撞传热的数学模型。     

基于Aspen Plus软件的循环流化床烟气脱硫模型

本文研究和模拟循环流化床烟气脱硫的流程和模型.以微元分析SO2的传质为基础,建立循环流化床烟气脱硫的数学模型,模型用双膜理论分析脱硫反应对SO2传质过程的增强影响,并采用惯性碰撞理论解释浆滴的形成过程.借助Aspen Plus过程模拟平台,用FORTRAN语言编写基于该模型的用户单元模块,模拟循环流化床烟气脱硫工艺,分析Ca/S、增湿水量、塔内颗粒物浓度、水滴粒径等参数对脱硫的影响,模拟计算结果和实验数据的对比显示模型能如实反映实际的趋势.本文为应用循环流化床烟气脱硫技术提供参考.     

模糊控制在生物流化床污水处理中应用研究

介绍了生物流化床新型污水处理技术,分析了生物流化床污水生物处理工艺难于控制的原因,以及模糊控制系统的结构和特点。根据生物流化床污水处理工艺特点,提出用模糊控制的方法实现生物流化床污水处理的自动控制。实验结果表明,将模糊控制应用于生物流化床污水处理技术可以在出水稳定达标的前提下达到节能降耗、避免过量曝气的目标。