煤粉粒径对密相气力输送流型影响的数值模拟

针对目前密相气力输送数值模拟过程中所存在的关键问题,提出了一种描述固相内部相互作用对颗粒运动影响的数学模型,采用该模型能够对稠密气固两相流动(乃至颗粒发生大量沉积的情况)进行数值模拟.新模型在离散颗粒模型的基础上,通过描述颗粒所在局部空间的固相浓度及颗粒群运动特征所建立,使其既能够模拟悬浮流动的稀相颗粒运动,又能模拟管内出现堆积情况的密相气固两相流.利用所建立的数学模型对高压密相煤粉气力输送的颗粒流动过程进行了数值模拟.模拟结果显示,随着颗粒粒径增大,粉体密相气力输送流型从沉积层流变化为沙丘流,进而演变成栓塞流的演变过程,并结合实验验证了典型的栓塞流、沙丘流等流型特征;并且平均栓塞长度随着粒径的增大而减小,而随着粉体粒径的增大,输送管道中固相容积份额则整体上呈增大趋势.     

水平管加压密相煤粉气力输送沙丘流的数值模拟

对Johnson等提出的摩擦正应力模型和Syamlal等提出的摩擦剪切黏度模型进行了修正,并将其与颗粒动理学理论相结合,建立了可以描述加压密相气力输送的气固湍流流动状况的三维多相流模型.该模型充分考虑了颗粒间碰撞和摩擦力作用,以及气相和颗粒团湍流脉动之间的相互作用.采用该模型对加压密相气力输送水平管沙丘流流动特性进行了三维数值模拟,并预测了单个沙丘和连续沙丘的形成及运动状况.结果表明:随着表观气速的增加,煤粉颗粒浓度减小,压降梯度呈现先减小后增大的趋势;在横截面上,煤粉颗粒分布呈现上窄下宽的趋势,且煤粉颗粒在管道底部沉积,并呈现月牙形状.模拟结果与试验结果吻合较好.     

垂直弯管段高压密相煤粉气力输送特性的数值模拟

基于以氮气为输送介质的高压密相煤粉气力输送,在现有壁面模型和颗粒动力学基础上,充分考虑弯管中对气固两相流动特性起主要作用的摩擦应力的影响,建立了高压密相煤粉气力输送一体化管道(垂直管、弯管和水平管连在一起)的多相流新模型.采用该新模型模拟垂直向上转水平弯管内的气固两相流动特性,分析了补充风体积流量对弯管内固相速度、体积分数、湍动能分布以及垂直弯管压降的影响.结果表明:考虑摩擦应力后模拟所得弯管压降与试验值的误差减小至20%以内,验证了该模型的正确性;随着补充风体积流量的增大,垂直弯管压降先增大后减小,表观气速增大,垂直弯管壁面外侧煤粉堆积减少,低体积分数区范围增大,固相湍动能和固相拟温度均有所增大,当补充风体积流量达到1.0m3/h时,固相湍动能和固相拟温度均减小.     

临界状态下弯管段浓相气力输送的两相速度分布

以气固两相流动实验中常用的玻璃微珠为输送物料，利用二维Dual PDA系统，测量弯头半径为600mm、输送管道水力直径为25mm的方型截面弯管段内的气固两相的速度，获得了临界输送状态下3个有代表性截面上的二维时均速度和脉动速度分布规律。     

高压煤粉密相气力输送水平管阻力特性

通过试验和理论计算两种方法研究高压下煤粉密相气力输送水平管稳定段的压力损失情况.理论计算是在Barth气力输送理论基础上,引用Stegmaier的附加压力损失系数的经验关系式进行的.试验发现,尽管输送气体表观速度呈下降趋势,而水平管稳定段的单位压降随固气比增大而增加.显然,较高输送系统压力下气体引起的压降虽然不能忽略,但引起水平管段压降变化的主要因素是输送的煤粉浓度.通过试验值与计算值比较,发现试验与理论计算值吻合得相当好,说明基于Barth气力输送理论的附加压降法对高压煤粉密相气力输送阻力特性的计算具有较好的适应性.     

生物质粉料气力输送过程数值模拟研究

气力输送管道压降预测有利于设计合理的设备载气系统。通过对典型实验工况进行模拟,得到与实验较为接近的理论模型,利用Fluent软件对不同载气风风速下的管道压降情况进行模拟,得到压降与载气风风速的关系。     

浓相粉煤灰气力输送差压波动ARMA功率谱分析

在料罐体积均为0．6m^3,输送管内径为20mm,输送距离为20m的试验台上进行浓相气力输送试验研究。采用ARMA功率谱分析输送过程中固气比对气体表观速度、压力损失和能量在频域分布的影响。结果显示：随着固气比的增加,表观速度降低,单位长度的压力损失逐渐增大,差压波动逐渐减小;功率在频域内分布随着固气比增大逐渐向低频移动,主峰峰值也随之增大。这些均与粉煤灰流动形态有关。它揭示了功率在频域内的分布情况,对研究管内运动和能量交换提供了新的研究途径。     

Simulation of horizontal slug-flow pneumatic conveying with kinetic theory

Wavelike slug-flow is a representative flow type in horizontal pneumatic conveying. Kinetic theory was introduced to establish a 3D kinetic numerical model for wavelike slug gas-solid flow in this paper. Wavelike motion of particulate slugs in horizontal pipes was numerically investigated. The formation and motion process of slugs and settled layer were simulated. The characteristics of the flow, such as pressure drop, air velocity distribution, slug length and settled layer thickness, and the detailed changing characteristics of slug length and settled layer thickness with air velocity were obtained. The results indicate that kinetic theory can represent the physical characteristics of the non-suspension dense phase flow of wavelike slug pneumatic conveying. The experiment in this paper introduced a new idea for the numerical calculation of slug-flow pneumatic conveying. Translated from Journal of Engineering Thermophysics, 2006, 27(1): 75–78 [译自: 工程热物理学报]     

高浓度煤粉输送燃烧技术的利弊分析

推广一种新型的高效、清洁和稳燃技术——高浓度煤粉燃烧技术。分析了该技术所特有的输粉系统简化、燃烧稳定、污染物NOx排放低等特性,阐述了高浓度煤粉系统所带来的输送稳定性、煤粉燃尽和炉膛结渣等问题,并提出了相应的解决方案,比较了常规煤粉系统与高浓度煤粉系统的经济性。试验结果表明：与常规系统相比,正压高浓度煤粉系统具有显著的经济性,负压高浓度煤粉系统的经济性取决于系统的汽耗量。图5表3参10     

稠密气固两相流的直接数值模拟

分别用欧拉方法处理气相场和用拉格朗日方法处理离散颗粒场。在处理粒场时考虑到颗粒直径、比重、材料的刚度、摩擦系数等对颗粒运动的影响。用直接模拟法分别对漏斗流、球磨机以及喷动流化床内颗粒的运动进行了模拟,并通过实验对喷动流化床的模拟结果进行了验证。     

稠密气固流动中颗粒聚集现象的数值模拟

基于确定性轨道和真实碰撞，对二维稠密气固两相流动进行了数值模拟，真实展现了颗粒聚集现象从无到有的发展过程。在此基础上，对颗粒聚集现象影响因素的作用规律进行了研究。结果表明，颗粒间的相互碰撞是造成颗粒聚集的重要原因，即使在初始颗粒体积分数低至0.24％的情况下，仍然有显著的颗粒碰撞发生和聚集出现。颗粒弹性恢复系数越小、颗粒初始体积分数越大，则颗粒聚集现象越明显。这与已有的一些实验和数值计算结果是一致的。