快速流化床颗粒团絮特征的MP-PIC数值模拟

为了研究快速流化床颗粒的团絮特征,建立了基于多相质点网格法的快速流化床气固多相流三维数理模型,气相场采用大涡湍流模型,通过求解牛顿运动方程得到颗粒相运动信息,气固间相互作用力采用Gidaspow曳力模型,固体间作用力通过计算颗粒应力梯度得到。基于该模型,对三维快速流化床上升管(H=3 m、d=0.1 m)气固流动开展了数值模拟,并与实验进行了校正,研究了在气速工况Ug=5.28 m?s-1下的颗粒(ρp=2650 kg?m-3、dp=250μm)团絮性质,实现了对上升管内颗粒团絮的基本类型(条形团絮、马鞍形团絮、U形团絮)的成功预测,并揭示了不同类型团絮在上升管内形成、发展、聚并直至破碎的演化规律。结果表明,上升管径向颗粒团絮的平均颗粒浓度分布呈现中间低两边高的环核结构,颗粒团絮速度的分布与其相反;随着轴向高度的增加,颗粒团絮的颗粒浓度逐渐降低而速度逐渐增加,但达到一定高度后变化减缓。     

快速流化床颗粒团絮特征的MP-PIC数值模拟

为了研究快速流化床颗粒的团絮特征,建立了基于多相质点网格法的快速流化床气固多相流三维数理模型,气相场采用大涡湍流模型,通过求解牛顿运动方程得到颗粒相运动信息,气固间相互作用力采用Gidaspow曳力模型,固体间作用力通过计算颗粒应力梯度得到。基于该模型,对三维快速流化床上升管（H=3 m、d=0.1 m）气固流动开展了数值模拟,并与实验进行了校正,研究了在气速工况U_g=5.28 m·s^-1下的颗粒（ρ_p=2650 kg·m^-3、d_p=250 mm）团絮性质,实现了对上升管内颗粒团絮的基本类型（条形团絮、马鞍形团絮、U形团絮）的成功预测,并揭示了不同类型团絮在上升管内形成、发展、聚并直至破碎的演化规律。结果表明,上升管径向颗粒团絮的平均颗粒浓度分布呈现中间低两边高的环核结构,颗粒团絮速度的分布与其相反;随着轴向高度的增加,颗粒团絮的颗粒浓度逐渐降低而速度逐渐增加,但达到一定高度后变化减缓。     

循环流化床中颗粒振荡循环现象的实验研究

颗粒的循环特性是循环流化床研究的重点及热点之一,在建立颗粒循环时,颗粒循环由非稳态向稳态过渡。本文在循环流化床实验装置中,采用摄像法和压力检测法研究了不稳定颗粒循环条件下颗粒流动结构和各段压降的变化情况。首次发现了不稳定颗粒循环状态下的颗粒振荡循环现象及其具有的两个特征:下降段、提升段气固流动结构呈周期性变化;下降段压降p_d和提升段压降p_r周期性波动且p_d>p_r和p_dr交替出现。进一步对颗粒振荡循环过程进行受力分析,建立了颗粒振荡周期的计算公式。研究还发现在颗粒藏量一定的条件下,循环气流量或颗粒循环段阀门开度大于某一临界值时才能诱发颗粒振荡循环;颗粒振荡循环周期随着循环气流量的增大而增大,与阀门开度无关。研究结果为动态颗粒循环建立过程的研究奠定了基础,有助于快速地建立颗粒的稳定循环。     

循环流化床中颗粒聚团特性的模拟

考虑到循环流化床中分散颗粒和颗粒聚团同时存在的多尺度结构,确定了密相和稀相加速度与计算网格局部参数之间的关系,建立了多尺度曳力消耗能量最小的稳定性条件,基于双变量极值理论,构建了考虑颗粒团聚效应的多尺度气固相间曳力模型。结合双流体模型,对循环流化床内气固流动特性以及颗粒聚团特性进行了模拟研究。通过与实验值比较,考虑颗粒聚团影响的计算模型可以更好地贴近实验结果,颗粒聚团直径随颗粒浓度增大呈现先增大后减小的分布趋势,气体和颗粒的加速度在模拟中与重力加速度同处一个数量级,求解过程中不能被忽略。     

循环流化床中颗粒聚团特性的模拟

考虑到循环流化床中分散颗粒和颗粒聚团同时存在的多尺度结构,确定了密相和稀相加速度与计算网格局部参数之间的关系,建立了多尺度曳力消耗能量最小的稳定性条件,基于双变量极值理论,构建了考虑颗粒团聚效应的多尺度气固相间曳力模型。结合双流体模型,对循环流化床内气固流动特性以及颗粒聚团特性进行了模拟研究。通过与实验值比较,考虑颗粒聚团影响的计算模型可以更好地贴近实验结果,颗粒聚团直径随颗粒浓度增大呈现先增大后减小的分布趋势,气体和颗粒的加速度在模拟中与重力加速度同处一个数量级,求解过程中不能被忽略。     

直接模拟蒙特卡罗方法研究循环流化床内颗粒聚团的流动

采用直接模拟蒙特卡罗方法(DSMC)模拟颗粒间的碰撞,用Lagrangian方法计算颗粒的运动.采用考虑颗粒脉动流动对气相湍流流动影响的大涡模拟(LES)研究气相湍流.数值模拟垂直管道内气固两相上升流动,对管内气相速度和颗粒相速度、浓度,以及聚团流动进行分析,得到气固两相上升流中颗粒流动的有关信息.     

循环流化床提升管内聚团速度的研究

聚团是气固循环流化床(CFB)中最常见的现象,对气固之间的热量和质量传递有重要影响。为了考察循环流化床内不同运动方向聚团速度的特性,采用高速相机对提升管内气固流动进行摄像,并利用Matlab图像处理程序,分离出颗粒聚团区域并计算颗粒的运动速度。采用拉格朗日(Lagrange)法计算聚团速度,并根据聚团运动方向对上行和下行聚团的速度分别研究。研究结果表明:采用拉格朗日法能准确地计算聚团速度,上行聚团速度略大于下行聚团速度,聚团速度主要分布在[?3,3] m?s?1且随表观气速的增加而增加;边壁区域下行聚团数量远大于上行聚团数量,中心区域上行聚团数量略大于下行聚团,下行聚团数量占聚团总数的60%～70%。聚团速度沿轴向高度略有增加,在顶部受出口的影响略有减小。聚团横向移动在边壁区域较小,中心区域较大。     

循环流化床颗粒循环管道系统的诱导振动分析

基于气固两相流分析了颗粒循环管道系统各单元的振动原因,主要是气固两相流流动过程中浓度和速度的不稳定性变化、涡流的产生与脱落导致了压力的脉动,进而形成诱导振动的激振力。在颗粒循环管道系统中,不同单元的激振力所形成的机制是不同的,大小和频率也不同。当激振力的频率接近单元设备的固有频率时,将导致共振发生,产生强烈的机械振动。防止管道振动的措施应从消减管道系统激振力与改善管道系统振动特性两方面进行。分析结果可以为循环流化床管道的防振提供一定的技术支持。     

循环流化床锅炉结焦原因分析及对策

结焦是循环流化床锅炉运行中较为常见的故障,直接影响到锅炉的安全经济运行.根据几年来流化床锅炉调试和运行经验,循环流化床锅炉结焦的原因主要是炉内流化工况不良或操作失误等,使床料局部或整体温度超过灰的熔点.提出加强燃料监督、强化运行管理、严格控制设备参数、降低飞灰残碳含量等措施,以避免循环流化床锅炉结焦.     

循环流化床锅炉常见故障原因分析及对策

介绍循环流化床锅炉的基本结构,针对日常操作运行中曾出现高温过热器爆管、水冷壁泄漏、炉膛床料结焦、尾部烟道二次燃烧等问题进行分析讨论,提出预防措施,为循环流化床锅炉的安全稳定运行提供保障。     

大颗粒循环流化床压力波动信号分析

应用功率谱分析法、R/S分析法及混沌分析法对大颗粒循环流化床压力波动信号的性质和组成进行了研究.功率谱分析法和R/S分析法从两个不同的角度均得出了压力波动信号中存在一定的周期成分,而混沌分析得出的关联维和K熵进一步证实了压力波动信号表面上是随机的,但实质上具有确定性,即表明大颗粒的气液固三相循环流化床的压力波动信号具有混沌信号的特征.     

循环流化床内颗粒运动与换热分析

对循环流化床锅炉床体内部贴近壁面的颗粒团运动和受力特点进行了分析,探讨颗粒团沿壁面下滑贴壁时间的计算方法,由此发展了床体内部颗粒-气体对流换热传热系数的理论计算模型和方法.与现有文献的实验数据资料比较表明,计算的结果较好地反映了实际情况.     

基于DEM模拟气固循环流化床提升管内颗粒聚团特性

采用CFD-DEM的方法对气固循环流化床提升管内的气固流动特性进行模拟,建立了基于图像处理的分析颗粒聚团的方法,重点研究了颗粒聚团在床层内的整体分布以及颗粒聚团的特性,包括颗粒聚团的倾角、球形度以及长短轴比的概率密度分布以及它们在床层内的轴向和径向上的分布特性。研究结果表明,聚团在床层内的分布较宽,较小的聚团居多,边壁区域附近易形成较大的聚团。聚团的数目沿床层高度方向先增加后减少。聚团倾向于以偏离球形聚团、较大的倾角形式存在,其长短轴比值在2～4之间。     

基于DEM模拟气固循环流化床提升管内颗粒聚团特性

采用CFD-DEM的方法对气固循环流化床提升管内的气固流动特性进行模拟,建立了基于图像处理的分析颗粒聚团的方法,重点研究了颗粒聚团在床层内的整体分布以及颗粒聚团的特性,包括颗粒聚团的倾角、球形度以及长短轴比的概率密度分布以及它们在床层内的轴向和径向上的分布特性。研究结果表明,聚团在床层内的分布较宽,较小的聚团居多,边壁区域附近易形成较大的聚团。聚团的数目沿床层高度方向先增加后减少。聚团倾向于以偏离球形聚团、较大的倾角形式存在,其长短轴比值在2~4之间。     

循环流化床C类颗粒干燥特性研究

在循环流化床(CFB,内径0.104 m×高2.35 m)内,以淀粉、碳酸钙、氧化铝为对象,研究物料特性对循环流化床干燥速率和分离速率的影响;以氧化铝为对象,研究粒径和干燥介质湿度对循环流化床干燥和分离特性的影响。结果表明:循环流化床适用于不同特性的C类颗粒干燥和分离;碳酸钙干燥速率较大、易分离,氧化铝和玉米淀粉干燥速率较小;气速对玉米淀粉和氧化铝的干燥速率影响较大;在实验操作范围内平均干燥速率和分离速率随粒径增大而增加,随干燥介质湿度增加而降低。     

循环流化床中颗粒旋转特性

利用由高速数字摄影设备及大功率激光构成的测试系统在一截面为200 mm×200 mm、高为4 m的冷态循环流化床实验台上进行了床内颗粒旋转特性的实验研究.对在距布风板3.54 m高度的稀相区的1/4截面内13个测试点拍摄获得的图像序列利用Matlab、PhotoShop和ACDSee软件进行分析处理,采用人工直接判别获得颗粒转速,用双帧频验证法进行颗粒转速校验.结果表明：循环流化床气固两相流中固相颗粒普遍存在旋转现象,截面边壁区内的颗粒平均转速高于中心区域;粒径小或径向速度大的颗粒,其平均转速较大,反之亦然;不规则颗粒的平均转速明显高于球[JP2]形颗粒;当空截面气体速度V_g=5 m•s^-1,固体质量循环流率G_s=1.5 kg•m^-2•s^-1,玻璃珠颗粒平均粒径d_p=0.5 mm时,颗粒转速最高可达2000 r•s^-1,平均转速300 r•s^-1.     

循环流化床烟气脱硫吸收塔内结垢现象及机理分析

通过对循环流化床烟气脱硫吸收塔黏壁结垢现象进行分析,发现结垢主要发生在浆（水）喷嘴上方4～5 ｍ的环形过湿区域.同时研究了吸收塔结构和喷嘴尺寸,塔内流场和温度场分布以及运行工况对垢的形成过程的影响,并对垢进行了物理化学成分分析.结果表明,吸收塔内的垢无论是组成还是形成机理都与湿法的垢有很大不同,垢的形成以含湿灰的黏壁为主,其次为CaCO₃垢,这表明烟气中CO₂对垢的形成有很大影响.提出了防止循环流化床烟气脱硫结垢的技术措施.     

循环流化床锅炉引风机常见故障原因分析及对策

分析引风机在运行中的常见故障,具体有振动大、轴承温度高、旋转失速与喘振、严重时还会发生叶片飞出和烧坏轴承等事故。针对此类故障现象进行原因分析,结合实际经验提出了针对性的改进意见及防范措施。     

循环流化床干法烟气脱硫颗粒浓度场分析

分别以改性粉煤灰和生石灰为脱硫剂,在不同条件下考察它们在循环流化床内进行干法烟气脱硫时床内的颗粒浓度分布与脱硫率之间的关系.结果表明,改性粉煤灰脱硫剂干法烟气脱硫性能优于生石灰.喷入水蒸气可以增强流场湍动,减小了颗粒浓度分布的梯度,提高脱硫效率.在同样的脱硫剂作用下,以逆行方式喷入水蒸气可以使颗粒浓度分布更加均匀.其脱硫效率远远高于以顺行方式喷入水蒸气时的脱硫效率.