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.     

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     

差速流化床密相区内流动特性的数值模拟

基于颗粒动力学理论,采用Fluent软件中标准k-ε方程模型和欧拉-欧拉双流体模型对差速流化床底部密相区内的气固两相流动过程进行了数值模拟,分析了内循环过程中颗粒速度和压力等流动特性参数的分布和变化规律,研究了主、副床风速对密相区流场的影响.结果表明:保持副床风速u2=1.5m/s不变,随着主床风速的增大,主床的时均颗粒体积分数降低,副床的时均颗粒体积分数升高,压力降方差和回流速度增大;保持主床风速u1=4.0m/s不变,随着副床风速的增大,回流速度减小,压力降方差先增大后减小,当副床风速为2.0m/s时气固两相流动最强烈.     

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.     

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.     

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。     

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。     

鼓泡流化床气固两相流动特性的数值模拟

本文基于气固两相欧拉-欧拉双流体模型,对多孔布风鼓泡流化床内气固两相流流动特性进行了数值模拟,研究了床内压力分布,气泡的运动行为,以及气相和颗粒相速度的分布情况,并将模拟结果与相应实验数据进行比较。结果表明所用模型能较好的预测流化床内气固两相流的流动特性,模拟结果与实验结果吻合较好。     

三维喷动流化床流动特性数值模拟

为了研究喷动流化床煤部分气化炉的气-固流动特性,采用三维欧拉多相流模型和颗粒动能理论相结合的数学模型,对一台直径100 mm的喷动流化床试验台进行了数值模拟研究.研究内容包括喷动流化床不同工况下内部射流的发展、气-固流动特性、典型工况下气体速度分布、颗粒速度分布以及由于颗粒碰撞引起的颗粒相压力分布.模拟结果表明:典型工况下,当喷动风与总风的比例为50%时,流场有利于煤气化;气体曳力和颗粒碰撞对环形区颗粒特别是靠墙区颗粒的运动影响很大.为了验证模型的合理性,采用文献中的试验工况进行计算,计算结果和文献中的测量值吻合较好.     

流化床内非等密度双组分颗粒流动特性的研究

基于颗粒动力学和气固两相流体动力学,建立流化床稠密气一固两相非等密度双组分颗粒运动碰撞解耦模型,采用硬球模拟方法研究颗粒间碰撞,大涡模拟方法研究气相湍流流动。基于牛顿第二定律建立单颗粒运动方程,应用牛顿第三定律确定颗粒相和气相相间相互作用的双向耦合。数值模拟二维鼓泡流化床内非等密度双组分颗粒气一固两相流动,计算结果表明颗粒弹性恢复系数影响分层流动特性。     

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.     

基于OpenFOAM的旋转管道螺旋流水力特性数值研究

为进一步深入研究旋转管道产生的螺旋流对流场水力特性的影响,基于开源软件OpenFOAM,构建了水箱-管道出流气液两相流数值计算模型,模拟了竖直管、55°和45°螺旋管三种情况下的水流运动过程,通过分析、比较选定断面处速度分布、断面平均压强、湍动能随时间及空间位置的变化,总结了螺旋流对水平管段水力特性的影响。结果表明,相较于直管道,两组螺旋管道使水平管段螺旋流湍动能明显减小,压强变化趋于平缓不易产生负压,且管道内断面流速分布更加均匀。     

流线形喷嘴时射流泵流场的数值模拟

为分析流线形喷嘴时射流泵的水力特性,采用紊流数值模拟方法,对流线形喷嘴时射流泵流场进行了三维计算。结果表明,随着流量比的增大,工作液流核区衰减得越慢,在喉管入口段工作液提升被吸液的区域有所减小;流量比越大喉管内紊动能最大值出现的位置会靠后且其数值会降低,两股液体混掺作用会变弱;喉管内压力随流量比的增大而逐渐降低且负压区范围有所扩大,最低负压发生在喉管壁处。同一流量比下,流线形喷嘴时射流泵的压力比略微高于圆锥形喷嘴时,但差别很小。流线形喷嘴时射流泵流场的计算成果,可为研究射流泵水力特性提供参考。     

Vibration analysis of a 3-dimensional piping system conveying fluid by wave approach

Vibration analysis of a piping system conveying fluid is investigated by employing the wave approach. In this paper, the inviscid fluid-dynamic forces acting on a pipe due to internal fluid flow are approximated by the plug-flow model with the slender-body theory. The straight pipe elements conveying fluid are formulated using a dynamic stiffness matrix in the frequency domain. The curved pipe sections are treated with a single curved pipe element utilizing the mixed methodology of the dynamic stiffness method and the transfer matrix method. The present approach is applied to the frequency response analysis of the 3-dimensional piping system conveying fluid which is composed of straight and curved pipe sections and is compared to the results from the finite-element formulations.     

煤粉高压超浓相气力输送的实验研究

煤粉的高压超浓相气力输送是大规模煤气化技术的关键技术之一.在输送压力可达4MPa、管路固气比可达660 kg/m3的气力输送实验台上进行实验,考察不同的输送压力、输送差压、流化风量、充压风量、补充风量、煤粉含水率等条件对煤粉质量流量、固气比、表观气速等输送特性参数的影响.结果表明:采用较高的输送压力、较大的差压、合理的风量与含水率较低的煤粉更有利于实现高压超浓相的气力输送.     

采用欧拉和拉格朗日混合模型对浓相颗粒流的研究

论述了一种组合了欧拉／欧拉和欧拉／拉格朗日方法的研究浓相气固流的新数值模拟。模型用基于Chapman-Enskog浓相气体理论的微元流体动理学方法计及了欧拉坐标系中的颗粒间相互作用。该模型在计算拉格朗日坐标系中颗粒湍流扩散时采取颗粒随机分布模型。用该模型得出的计算结果与已发表的实验结果进行了比较,能较好地吻合。图7参12     

不同平均粒径煤粉的高压密相气力输送

在高压密相气力输送试验台上,进行了不同平均粒径煤粉的密相输送试验.分析了总输送差压和流化风量对不同平均粒径煤粉输送特性的影响,以及水平管和水平弯管的阻力特性.结果表明:增加总输送差压或者流化风量,煤粉的体积分数都经历了一个先增大后减小的过程;系统的输送能力随着煤粉平均粒径的增大而降低;在相同表观气速及煤粉质量流量下,平均粒径大的煤粉压损大于平均粒径小的煤粉压损;输送相同质量流量煤粉时,水平弯管的压损大于水平管,且水平弯管与水平管压损的比值随着煤粉质量流量的增加而增大.