内旋流流化床颗粒运动的研究

内旋流流化床供风的速度较低、颗粒的流动属于稠密气固两相流,利用通常的测量手段研究内旋流流场,尤其是颗粒的速度场存在一定的困难,由于内旋流流化床是一种近似二维床,可以利用瞬态平面二维速度场测量技术（ＰＶ和ＤＰＩＶ）测量流化床某一断面的颗粒流场。对实验室原有的ＤＰＩＶ系统进行了改进,并用该系统初步研究了内旋流流化床颗粒运动的速度场。结果较好地描述了颗粒的二维流动。     

内旋流流化床内颗粒运动规律的试验与数值研究

通过冷态试验与数值模拟研究了不同布风下装有∧字型布风板的内旋流流化床的流动特性,并进行了对比.气固两相数值模拟结果表明,固相流场产生了大尺度旋流,而且与试验观察到的现象相似.对固相颗粒速度分析表明非均匀布风使内旋流流化床的底部和顶部产生了气、固两相强烈的横向和纵向运动.相比较来说,对称的非均匀布风扩散能力要比均匀布风的扩散能力强.     

循环流化床内颗粒运动的PIV测试

作为一种瞬时全场测速技术,PIV测试技术被尝试用于测量循环流化床(CFB)内颗粒运动,以进一步了解循环流化床内复杂的气固两相流动特性。初步实验已在一个截面为200mm×200mm高为4m的冷态循环流化床实验台上完成,并运用二值化互相关图像处理算法,获得了床内截面上的颗粒流动矢量图。初步测试结果较好地反映了循环流化床内颗粒流动的一些特性,表明PIV技术在循环流化床气固两相流体特性研究中具有较好的应用前景。     

内旋流流化床垃圾焚烧炉及其研究中的测量技术

内旋流流化床具有燃烧迅速、温度均匀、排放清洁、燃烧过程可控等特点,是一种适合于焚烧城市生活垃圾及其它特种燃料的炉型。包括内旋流流化床锅炉在内的许多流化床锅炉的床料颗粒空隙率小,光线不能穿透;并且颗粒的尺寸大,动量高,其环境难以满足通常测量手段的基本要求。尤其在颗粒相和气相速度场以及其相互作用规律研究上缺乏理想的测量手段。本文介绍了力学研究所建造的内旋流流化床炉,总结了在进行内旋流流化床垃圾焚烧炉试验过程中所采用的部分测量方案     

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。     

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。     

循环流化床内颗粒停留时间分布

为进一步了解循环流化床床内复杂的流体动力特性,在200mm×200mm的冷态循环流化床试验台上以从床料中筛分出来的某一粒径的颗粒为示踪颗粒,用脉冲加入示踪剂法直接测量了固体颗粒停留时间分布.对试验所得的固体颗粒停留时间分布曲线的分析明显表明床内存在着由于流体动力特性和几何结构引起的颗粒返混.基于循环流化床内特殊的核心-边壁区流体动力结构,建立了能描述循环流化床和下排气旋风分离器内固体颗粒流体动力特性及固体停留时分布的数学模型.该模型计算结果和实验数据吻合良好.     

循环流化床内二氧化碳捕集过程的模拟

基于颗粒动理学和化学反应动力学理论,结合双流体模型建立了气固流动-反应耦合的计算模型,考虑颗粒团聚效应的影响,对循环流化床内CO2捕集过程进行了数值模拟,模拟结果很好地预测了床内环核流动结构以及颗粒团聚物和分散颗粒同时存在的非均匀流动结构,同时还得到了气相各组分浓度分布以及温度场分布规律,为提高CO2捕捉效率和循环流化床的优化设计提供了一定的依据。     

鼓泡流化床内颗粒分离行为模拟研究

颗粒-颗粒相间曳力是影响鼓泡流化床流体动力行为的重要因素之一。本文基于欧拉-欧拉双流体气固两相流模型,采用考虑了颗粒分离斜度系数的颗粒-颗粒相间曳力模型,对床内具有两种不同颗粒尺寸、底部均匀布风的鼓泡流化床进行了数值模拟研究,并将模拟结果与Owoyemi等的实验及数值模拟结果进行了比较。研究结果表明考虑颗粒分离斜度系数的颗粒-颗粒相间曳力模型合理地预测和分析了床内颗粒分离等特性。     

内循环流化床颗粒流动特性的直接数值模拟

内循环流化床是一种新型式的流化床，采用多风室非均匀布风实现床料颗粒的大尺度循环流动，从而增强了颗粒的横向混合。内循环流化床已应用于城市生活垃圾的焚烧制能，其燃烧速度、燃尽率及污染物排放优于传统的链条炉或鼓泡床。但是，目前设计的内循环流化床普遍较小，还不能满足城市垃圾的处理要求．根本原因在于对床内的气-固流动特性，特别是颗粒的运动规律没有深入的认识。内循环流化床内的气一固流动属于稠密的两相流，通过试验手段，如PIV、PDA也很难获得床内单个颗粒的运动特征。因此，采用前言的DEM(Discrete Element Method)模型对二维内循环流化床内的颗粒流动进行直接数值模拟．模拟结果表明非均匀布风内循环流化床内确实存在颗粒的大尺度循环流动。图4表1参5     

裤衩腿循环流化床流动特性及翻床机理的研究

基于颗粒动力学两相流方法,建立了裤衩腿炉膛的二维CFD数值计算模型,对流化床内的床料平衡流动状态和非平衡流动状态进行了瞬态数值模拟.计算结果表明:当流化风较小时,流化床处于鼓泡床状态;当流化风较大时,流化床处于快速床状态;裤衩腿流化床内流动存在宏观不稳定性,但当外界条件(回料量、布风板阻力、出口背压等)保持一致时,裤衩腿流化床对这类流动自身波动引起的不平衡具有一定的自平衡能力;当一侧布风板的一些风帽被堵塞且不进行风量主动调节时,左右两侧物料交换量在剧烈波动的同时,出现净交换量,但发生翻床与布风板阻力特性有关.这种特性为裤衩腿流化床稳定流动提供了一种可能的控制方法.     

三维旋流喷动流化床气固两相流动特性模拟

为了从理论基础上研究带风帽的旋流喷动流化床干燥器内气固两相流流动特性,采用欧拉多相流模型对一台旋流喷动流化床试验台进行三维数值模拟,分析了各种不同底部进风速度V底与切向进风速度V切比例对旋流喷动流化床干燥器内的气体速度分布和颗粒速度分布特性的影响,以及当V底/V切为30 m·s-1/30 m·s-1时,探讨了气固流动状态随时间的变化规律。研究结果表明:增大V切,有利于增加近壁面区域的气体流动速度和促进气固相的充分混合,增加气体和颗粒相的接触面积,有利于减少气相流动死区,降低黏性物料对筒体壁面的粘附程度。但由于切向风的卷吸作用所形成的负压会导致轴向气流减弱,不利于筒体中心区域气流的轴向发展,降低了轴向风对颗粒层的穿透效果。     

内旋流流化床换热埋管的传热特性

实验研究了内旋流流化床内水平埋管的对流换热系数，其特性与通常的流化床换热有很大差别。由于流动区较高速度的气流对于换热区的影响，在低于最佳流化速度的区间内，换热系数随流动区流化速度的上升而增加，曲线斜率下降，可以通过控制换热区的流化倍率来控制换热，对于维持适当的床温非常有利。在试验基础上，得出了内旋流化床埋管的换热系数关联式。     

流化床内不同密度颗粒流动特性的数值模拟

将计算流体力学和离散单元法相结合,在自行开发程序上对流化床内随机生成的密度服从正态分布的颗粒的流动特性进行数值模拟,得到了不同床层表观气速下床内颗粒的流化过程图、气相速度场以及不同密度颗粒的速度场、体积分数沿床高的分布和分离率.结果表明:在较小床层表观气速下,床内不同密度的颗粒会出现分离现象,并且颗粒的密度差越大,颗粒分离越明显,当增大床层表观气速后,颗粒间的分离程度减弱;小密度颗粒的速度大于大密度颗粒,颗粒间的密度差越大,颗粒间的速度差也越大.     

烟气脱硫循环流化床内气固流动的PDA试验研究

提出了由两级分离系统组成的循环流化床烟气脱硫工艺。用粒子动态分析仪(PDA)对床内不同高度方向上颗粒横向、轴向速度、颗粒粒径及浓度分布进行了测量，得到了床内气固流动的瞬时脉动特性以及总体气固流动行为，试验结果为烟气脱硫新工艺的结构设计及优化提供了依据。     

循环流化床流动特性分析

基于循环流化床 ( CFB)的流动特性 ,提出了一个求解其流动结构的模型。模型综合考虑了床内粒子空间分布的轴向和径向不均匀性 ,可以预测各种运行条件下床内颗粒浓度分布情况 ,并能清楚地表示床的几何尺寸、运行工况对循环流化床流动特性的影响。     

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。     

燃煤循环流化床模型与试验研究

利用循环流化床内气－固两相流动等基础方面的研究成果,根据本文床内气固浓－淡流动模型,建立适用不同结构参数的循环流化床燃烧模型,考虑了床内气体、固体颗粒的返混、循环过程,以及煤燃烧、ＮＯ的生成和分解、颗粒磨损等因素。在循环流化床燃烧试验台上进行实验研究,模型仿真结果和实验数据吻合良好,表明气固两相浓－淡流动模型所建立的循环流化床燃烧系统模型可以正确地模拟循环流化床的燃烧过程。     

300 MW循环流化床锅炉气固流动特性的CPFD模拟

采用计算颗粒流体力学（CPFD）的方法对300 MW循环流化床锅炉内的气固两相流体动力学参数进行全床数值模拟研究,重点分析了循环流化床锅炉炉膛以及回料阀的气固流动特性,获得固相颗粒浓度和速度场在炉膛内的分布以及固体循环流量、系统压力平衡、回料阀的运行情况等锅炉关键参数。结果表明：颗粒浓度的轴向分布呈现明显的密相区和稀相区两部分,模拟得到的轴向压力分布与实际工况吻合较好,验证了CPFD方法模拟循环流化床锅炉的准确性;锅炉回料阀内压降最大,这与床料分布相符;回料阀返料室流化程度较高,而输运室流化程度较小,呈现鼓泡床状态,气泡大都贴壁逃逸。     

喷动床反应器内流体动力特性的数值模拟

采用欧拉-欧拉双流体模型,颗粒动理学理论模拟颗粒相流动,对喷动床核反应器内的流体动力行为进行了数值模拟.模拟得到了喷动床核反应器内颗粒浓度标准方差、空隙率和颗粒速度分布.研究结果表明喷动床核反应器内颗粒浓度标准方差先逐渐增大至最大值后下降.分析了摩擦应力模型和倒锥体角度等影响因素对喷动床核反应器内的流体动力特性的影响.