生物质流化床流化特性试验研究与数值模拟

为了研究生物质气化过程中流化床物料的流化状态,搭建了生物质流化床试验系统。以空气为流化介质,对石英砂进行流化试验,并在考虑物料颗粒间碰撞的基础上,基于DEM(discrete element method)模型对流化床床层区域空间内颗粒流动特性进行数值模拟。结果表明:当床层物料堆积密度、温度一定时,对应颗粒直径分别为0.56,0.35,0.18 mm的石英砂临界流化风速分别为0.017,0.065,0.170 m/s,物料粒径越小,达到流化状态所需要的流化风速也越小;数值模拟结果与试验结果相比,平均误差为23.1%,临界风速的预测与试验结果基本一致,这表明计算模型对于鼓泡状的两相流动状态有较好的预测效果。     

椰蓉微波流化床组合干燥动力学

采用微波流化床组合干燥的方法对椰蓉进行脱水干燥研究．实验测定了流化气速在１．３ｍ／ｓ 时,不同微波输出功率密度、不同进风温度下椰蓉微波流化床组合干燥曲线,并确定椰蓉干燥动力 学模型．结果表明：微波输出功率密度和进风温度对椰蓉干燥过程水分的下降影响显著,微波输出 功率密度越大,进风温度越高,椰蓉水分下降越快．椰蓉微波流化床组合干燥过程符合Ｐａｇｅ模型 ＭＲ＝ｅｘｐ（－ＫｔＮ ）,其中Ｋ＝２．０６ｅｘｐ［（－３．３９×１０４＋１　８１４Ｐ）／（ＲＴ）］,Ｎ＝１．７,该模型可以很 好地模拟不同条件下干燥过程中椰蓉水分随时间变化的规律．     

微波流化床中稻谷的干燥模型

采用自制的微波流化床设备对稻谷进行了干燥。实验测定了不同的热风温度(50～90℃)、微波功率密度(0～1.375 W/g)条件下稻谷微波流化床干燥曲线,并确定了干燥动力学模型。结果表明:微波功率密度越大、热风温度越高,所需干燥时间越短,水分扩散系数越大。干燥过程符合扩散模型,在实验条件范围内水分扩散活化能随着微波功率密度P的增加呈指数关系减小。随着微波功率密度的升高,Ea可降低2.3%～3%,干燥时间减少18%～24%。该模型可以很好地模拟不同条件下干燥过程中稻谷水分随时间变化规律。     

流化床油页岩流化特性的数值模拟研究

应用CFD软件Fluent对流化床内油页岩的流动特性进行了冷态流场模拟,并研究不同时刻、不同粒径以及不同弹性恢复系数对流化床内流化状态的影响。最终模拟结果表明：随着时间的推移流化现象越来越明显,同时颗粒粒径越小,弹性恢复系数越小更容易使气流稳定,有益于物料的正常流化。     

锥形流化床内碳纳米管膨胀特性的数值模拟

基于欧拉-欧拉双流体模型,对无分布板式锥形鼓泡流化床内碳纳米管的膨胀行为进行了数值模拟。考察了不同的颗粒当量直径计算方法及不同种类碳纳米管对床层膨胀能力的影响、不同表观风速下床内两相结构的体积分数分布及膨胀特性。模拟结果显示：碳纳米管的当量直径计算结果对床高有至关重要的影响,其当量直径越大,膨胀率越小,垂直阵列管床层膨胀高度大于聚团管,在低入口气速的情况下存在“局部流化”的特性,气泡在上升过程中逐渐变小甚至消失,随着入口气速的增加,气泡大小逐渐增加,床层膨胀率也逐渐增加。模拟与实验结果对比良好。     

气流干燥过程数值模拟

通过分析气流干燥的特点，建立的直管气流干燥模拟方程，采用Matlab语言调用标准四阶Runge—Kudra法，给出高精度的数值解。经验证，该模型正确可靠，具有较广泛的适用性，为模拟试验优化参数提供了分析基础。     

片状食品微波干燥特性及温度和水份变化模拟

为掌握片状食品物料微波干燥规律并为生产应用提供参考 ,选择土豆为实验材料 ,在不同微波能水平 (2 .2～ 3.6W/g)和切片厚度 (2～ 6mm)下进行微波干燥实验 ,测定了微波干燥过程中物料温度和湿含量的变化。基于热量平衡方程和扩散方程建立相应的模型并采用有限差分法求解 ,实验结果与模型计算结果基本吻合。片状物料微波干燥经历预热、恒温、快速升温 3个阶段 :在预热阶段物料脱水少 ;在恒温阶段物料失去大部分水份 ,温度随切片厚度和微波功率 /质量比增大而增高 ;在快速升温阶段物料干燥速率减小 ,其温度快速上升。干燥速率不受物料切片厚度变化影响 ,但随微波功率 /质量比增加而增大。     

褐煤流态化温和干燥研究

分析了褐煤流态化温和干燥过程,以褐煤表面水脱除率和黏附加重质量为考察指标,研究了干燥温度、热气流量、干燥时间、表面水、入料粒度等因素对褐煤干燥特性的影响.结果表明:干燥温度、干燥时间对褐煤表面水脱除影响显著,可根据褐煤表面水分确定干燥温度和干燥时间;表面水分为0.8%的较难选褐煤,在干燥温度85℃,干燥时间2min时,表面水脱除率可达94%,可能偏差E值为0.046g/cm3,干燥褐煤在未脱介前的黏附加重质量仅为0.12%;相同条件下,褐煤入料粒度越大,表面水脱除率越低,黏附加重质量越大.     

油页岩循环流化床炉膛内燃烧过程数值模拟

针对1 MWTH循环流化床锅炉试验台设计,采用计算流体力学软件FLUENT6.3,对炉膛内流动、传热及燃烧进行数值模拟,对设计工况性能进行预测.结果表明:油页岩颗粒运动符合循环流化床锅炉"环一核"运动;油页岩颗粒在床层内不能燃尽,大部分挥发分在稀相区内燃烧,所以设计燃用油页岩循环流化床锅炉时,应适当增加炉膛高度并相应多布置些受热面.     

流化床内煤的热破碎实验研究

采用小型流化床实验台对霍林河褐煤进行热破碎特性的实验研究。结果表明：一次破碎率（Pf）和破碎比（Nf）随温度变化的趋势大体相同,但在1-3mm粒径范围内,其变化程度有所不同。说明利用一次破碎率和破碎比在描述煤热解破碎特性具有一定的局限性,这有待于进一步深入研究。     

气固流化床中流动特性的数值模拟

给出了适于浓密气固流化床的双流体力学模型,采用ＩＣＥ和改进的ＩＰＳＡ算法,对均匀布风气固流化床中的流动特性进行了数值模拟,得到了均匀布风自由鼓泡流化床中的一种流动结构。计算结果与实验结果表明,所采用的计算模型和数值方法具有较高的可靠性。     

循环床炉内气固两相流动特性的数值模拟探讨

基于循环流化床锅炉炉内流动特性,结合颗粒动力学理论和气体分子运动理论,给出了适用于模拟循环流化床炉内气固两相流动的k-∈-θ-kp湍流模型,即气相湍流流动采用标准的k-∈模型,固相湍流采用kp模型。该模型的优点是引用了颗粒平均温度的同时不仅考虑了颗粒湍动能自身的对流、扩散、产生和因流体作用而产生的耗散,而且考虑了颗粒相自身相互碰撞对流动脉动特性的影响。在此基础上,用Fortran语言编写了循环流化床内二维湍流气固两相流动的计算程序,并针对一台循环流化床装置进行了数值模拟和实验数据的对比,得到了较为满意的结果。     

气液固循环流化床预分布器附近流体动力学的数值研究

在气液固循环流化床(GLSCFB)内,以空气、水和玻璃珠为气液固流化介质,利用计算流体力学(CFD)软件Fluent 6.2,在室温常压条件下,采用欧拉模型系统研究了预分布器结构、液速对反应器内固体径向速度分布和液相湍动能的影响。计算结果表明,在预分布器附近,液相湍流动能随表观液体速度增大而明显增大;预分布器可以有效地改善固体颗粒径向速度分布的不均匀性,变孔径分布器效果最好;低表观液速下,颗粒径向分布的计算值与实验值吻合良好,随液速增大误差增大。通过实验值与计算值的比较,证实了数值模型的可靠性。     

基于CFD的循环流化床旋风分离器数值模拟

为提高循环流化床旋风分离器的分离效率,采用计算流体力学CFD软件,采用相间耦合随机轨道模型,在拉格朗日坐标下对不同粒径颗粒进入旋风分离器的运动进行了数值模拟研究,同时也模拟了颗粒在不同进口位置对循环流化床旋风分离器分离效率的影响,并与试验结果进行了比较.     

内循环流化床锅炉卧式旋涡分离器数值模拟

应用κ-ε双方程模型对内循环流化床锅炉炉内卧式旋涡分离器冷态气相进行了数值模拟。给出了分离器内速度矢量图，为减少数值伪扩散对强旋流动的影响，采用了减少网络尺寸等措施，计算结果可对卧式分离器的设计及改造提供参考。     

液固循环流化床预分布器附近流体动力学的数值研究

在液固循环流化床(LSCFB)内,分别以水、玻璃珠为液相和固相,应用2种不同结构的分布器,在室温常压下,考察了分布器结构对预分布器区及换热管内流体动力学的影响。利用商用计算流体力学(CFD)软件Fluent 6.2,选用欧拉模型(Eulerian),系统研究了不同分布器结构和不同表观液速对换热器的预分布器区固体颗粒和局部液体速度径向分布的影响。模拟结果表明:应用变孔径预分布器与均匀孔径预分布器相比,变孔径预分布器能更好地改善固体颗粒和局部液体径向速度分布的均匀性;在低表观液速下,固含率径向分布的计算值与实验值吻合良好,误差随表观液速增大而增大。     

旋流筛板式流化床流化特性的数值模拟

利用计算流体力学CFD软件,采用欧拉气固多相流模型进行计算,模拟研究了带有旋流筛板的气⁃固流化床内在不同操作气速下（0.44~1.14 m/s）FCC颗粒的流化特性。通过对床层颗粒固含率瞬时变化、不同时刻速度矢量的分布、操作气速对颗粒固含率的影响和颗粒固含率随轴向高度的变化分析,研究了流化床内气泡形成、发展和破裂的过程。模拟结果表明,计算值和实验值吻合较好,与自由床平均误差为13.4%,与筛板床平均误差为7.59%;模型能够较好地预测不同操作气速下固体颗粒的流化特性,模拟床层内气泡形成、成长和破裂的发展历程;旋流筛板上部区域有喷射现象,形成固含率较低的喷泉区;旋流筛板的加入能够将大气泡破碎形成小气泡,具有破碎气泡、强化气固混合的作用。