液固两相流中磨蚀-腐蚀的数值模拟

Erosion-corrosion of liquid-solid two-phase flow occurring in a pipe with sudden expansion in cross-section is numerically simulated in this paper. The global model for erosion-corrosion process includes three main components: the liquid-solid two-phase flow model, erosion model and corrosion model. The Eulerian-Lagrangian approach is used to simulate liquid-solid two-phase flow, while the stochastic trajectory model was adopted to obtain properties of particle phase. Two-way coupling effect between the fluid and the particle phase is considered in the model. The accuracy of the models is tested by the data in the reference. The comparison shows that the model is basically correct and feasible.     

废塑料气力输送数值模拟的初步研究

采用Fluent软件对废塑料气力输送进行了数值模拟分析。模拟结果揭示了废塑料气力输送过程中废塑料颗粒速度、气体速度和颗粒体积分率沿管长的变化规律以及管径的改变对废塑料颗粒体积分率的分布和固气比的影响。以期为进一步优化废塑料气力输送参数提供理论依据。     

气-固环流反应器内瞬态流体力学特性的数值模拟

采用双流体模型和颗粒动力学理论,并考虑颗粒团聚现象对气固相间曳力的影响,对气-固环流反应器内的流体力学特性进行了数值模拟。模拟的时均固含率和颗粒速度与实验数据具有较好一致性,验证了模拟方法的可靠性。模拟结果表明：气-固环流反应器内瞬态固含率的分布具有典型聚式流态化的非均匀特征;压力脉动沿床层轴向的分布在一定程度上定性反映了气泡运动的信息;颗粒速度的时间序列和概率密度分布函数表明,床层各径向位置均存在颗粒的向上、向下运动,颗粒主体在床层内向上运动的同时还存在微观的内循环运动,模拟值为颗粒时均速度的径向非均一性宏观分布提供了合理的微观解释。     

液固流态化动态过程中相间作用力的数值模拟及实验验证

选择恰当的相间作用力模型是液固流态化动态特性CFD建模的关键。首先采用Richardson-Zaki关联式验证了稳态操作条件下整体固含率的实验结果,然后在基于颗粒动理学理论的欧拉-欧拉双流体模型中比较了Wen-Yu、Gidaspow、Syamlal-O’Brien、Dallavalle和TGS 5个曳力计算公式对液固流化床收缩和膨胀特性的数值模拟结果,进而探讨了Moraga等提出的升力模型影响行为及主要相间作用力影响机制。与实验测量数据比较结果表明:收缩过程中Syamlal-O’Brien和TGS曳力模型对响应时间预测较为准确,TGS曳力模型对整体固含率的预测精度较高;膨胀过程中TGS曳力模型对响应时间和整体固含率的预测优于其他模型。整体而言,基于静止颗粒群绕流直接模拟得到的TGS曳力模型忽略了颗粒-颗粒相互作用,与液固散式体系中颗粒动力学特性相符合。升力模型对动态特性模拟结果影响较小,CFD模拟时根据选择体系可予以适当忽略。     

双相不锈钢管固液两相流动腐蚀的数值模拟

在碳钢流动腐蚀数值模拟的基础上,针对管道流动体系,对固液两相流条件下双相不锈钢的流动腐蚀进行了数值模拟.模拟了固液两相流体动力学过程和双相不锈钢腐蚀动力学过程,模拟计算得到的腐蚀速率与实测值基本一致,表明建立的两相不锈钢流动腐蚀的综合数学模型是正确的,揭示了两相流中双相不锈钢的流动腐蚀机理,并进行了实验验证.两相流中双相不锈钢流动腐蚀的加剧主要是由于颗粒相的存在会大大强化液相流体的流体力学因素,导致钝化膜内传质速度加快所致.计算结果同时也表明,对于表面覆盖有钝化膜的材料的数值模拟,建立合理的流动腐蚀动力学模型是数值计算方法应用成功与否的关键.     

在气力输送弯管中炭黑的输送特性分析

研究炭黑(固相颗粒)在气力输送通过弯管时,弯径比(δ)对输送弯管内压力损失和固相颗粒运动速度以及弯管内壁磨损的影响。当δ小于5时,随着δ的增大,输送弯管内压力损失减小和固相颗粒运动速度增大,弯管内壁磨损程度降低;当δ增大到5后,输送弯管内压力损失和固相颗粒运动速度以及弯管内壁磨损速率变化放缓。设计炭黑气力输送弯管时,δ在5～7范围内既可以使输送弯管内壁磨损程度和输送能耗降低,又可满足输送管道布局和工艺要求。     

受限气固两相射流的实验研究和数值模拟

采用PV4A颗粒测速仪测量受限气固两相射流流场中固体颗粒的速度和浓度并运用CFD软件对颗粒相进行数值模拟,模拟和实验结果基本吻合。结果表明,颗粒轴线速度衰减存在一个峰值而轴线相对浓度在起始段急剧衰减然后趋于平缓;颗粒因为湍流扩散在炉壁上有富集现象,并且相对于小粒径颗粒,大颗粒在壁面富集现象更明显。实验结果对粉煤气流床气化炉的工业应用有重要的参考意义。     

液固分布器的数值模拟和结构优化

流化床内液固两相流的均布问题一直是制约流化床发展的难点。本文采用颗粒动力学双流体模型来描述液固两相流,应用CFD方法模拟了二维液固流化床换热器下管箱中的流场流动特性,并用模拟手段优化了下管箱中液固分布器的结构参数。模拟结果与试验值吻合较好,模拟结果表明：在V型挡板角度小于滑落角的挡板型式下,多孔板的开孔率在35%左右,开孔直径大小在12mm左右时,下管箱中固含率的不均匀度最小,这种结构参数下液固分布器的分布效果最好。     

旋流燃烧室内气体-颗粒两相湍流流动的数值模拟

综合应用代数Reynolds应力模型和流体相脉动速度大小和方向均具有随机性的颗粒相随机轨道模型,对旋流燃烧室内有直流射流与旋转射流相互作用的气-固两相湍流流动进行了数值模拟.得到的气相轴向与切向速度和轴向脉动速度均方根值分布以及颗粒相轴向总质量流通量和轴向与切向速度分布与实验基本相符合,并比对气相湍流采用k-ε模型的相应计算结果有较明显的改进.     

一种具有负荷适应性的波纹板除雾器

采用低雷诺数k-ε模型,对带钩波纹板除雾器进行多工况数值模拟,通过大量的尝试、比较和筛选,得到高效带钩波纹板除雾器的结构参数。在此基础上,提出一种钩片可调的负荷适应性除雾器,并结合典型300MW火电机组脱硫除雾系统开展定量计算与案例分析。研究表明:新型除雾器在机组负荷或煤种发生变动时,仅通过调整钩片偏转角度即可使除雾效率平均提高4.10%,并且机组负荷偏离额定工况越多,钩片偏转角度的调整对除雾效率的改善效果越明显。最终建立钩片偏转角度与机组负荷及燃料成分等参数的定量关系。     

Numerical Investigation of a New Method for Reducing Bends Erosion from Particles Impacts

The present paper intends to introduce a new method for reducing bends erosion from particles impacts: the ribbed bend erosion protection method. Ribs are evenly fixed in the range of 20°-80° on the inner-wall of inside 90?bend and the bend (including ribs) is made of medium carbon steel. Three-dimensional numerical work is performed and the result shows satisfactory agreement with the experimental measurement. Numerical simulation studies the characteristics of axial gas flow along the bend and secondary flow at cross section. Detailed analyses involving the impact velocity and incidence angle of particle-metal (either particle-rib or particle-duct) impact unveil the mechanism of the anti-erosion effect. As a result, predications achieve that the average erosion rate of the ribbed bends is only a third of the bare bend under test conditions and rectangle ribs possess higher anti-erosion effect than square ribs, while the wear distribution pattern remains unchanged after adding ribs onto the bend. All     

T型弯头不同工况的冲蚀磨损数值模拟研究

运用Fluent软件中的DPM模型对不同固体颗粒浓度和入口速度情况下的T型弯头冲蚀磨损进行数值模拟研究。通过数值模拟得出T型弯头中流场分布情况以及严重冲蚀部位。结果表明,在盲管区域产生旋涡,充当保护垫作用,减缓壁面冲蚀;在相同颗粒浓度情况下,T型弯管的冲蚀速率随着入口速度的增大而非线性上升,严重冲蚀区域的尺寸将发生变化;在相同入口速度下,T型弯头的冲蚀速率随着颗粒浓度的增加而接近于线性上升,严重冲蚀区域的尺寸几乎不变。     

水泥窑SCR脱硝反应器流场优化的数值模拟

SCR脱硝反应器的高效运行依赖于催化剂表面流场的均匀性,但由于水泥窑SCR反应器特有的结构形式,在不采取优化措施的情况下,必然出现催化剂表面流场不均的问题。采用数值模拟对水泥窑SCR反应器内流场开展了计算,研究入口弯管形式和导流板对阻力和流场均匀性的影响。结果表明：设置弯管导流板可改善弯管出口的偏流问题,变截面弯管的阻力比等截面弯管小;渐扩段设置导流板后,催化剂表面速度均匀性得到显著改善,设置双层导流板时,催化剂表面速度均匀性可以达到规范要求;随着导流板间距的增大,阻力呈先降低后平稳的变化趋势,速度均匀性无明显的变化规律;随着导流板V型夹角的增大,阻力逐步上升,速度相对标准偏差随夹角的增大呈先下降后上升的变化趋势。     

弯管气力输送炭黑的数值模拟与分析研究

建立炭黑浓相气力输送的数学模型,对炭黑在弯管中的流动状态进行数值模拟分析。结果表明,炭黑颗粒在弯管中的流动状态不稳定,应尽量减少弯管数量,且两个弯管的距离不宜太短;弯管最易磨损,弯管30°～60°外壁面处的压力最大,磨损也最大,可在弯管的易磨损部位附加可更换衬板来延长弯管的使用寿命;炭黑在弯管中的输送压降与弯径比（R/D）有关,当R/D=5时输送压降最小,最有利于炭黑的稳定输送和节能输送。     

中浓度气力输送弯管压力降数值模拟研究

对于中等浓度气力输送90°弯管内的气固流动状态进行数值模拟研究,并对水平转垂直、垂直转水平,不同弯径比(R/D=1.5~6.0)的90°弯管,均匀和非均匀粉体颗粒流过弯管的压力降Δp进行了模拟计算。结果表明,在同一气体流速下,不同R/D的弯管的Δp变化显著;存在一个使Δp最小的R/D值。在模拟的条件范围内,弯管内粉体颗粒的速度分布随R/D变化。并讨论了不同R/D的粉体颗粒流动对弯管压力降及管壁磨损的影响。在同样操作条件下,对煤粉输送进行了弯管压力降数据模拟,其模拟计算结果与周建刚等人的试验结果吻合良好。     

三级活塞推料离心机数值模拟与操作参数优化

针对新型三级活塞推料离心机的研发,在转鼓尺寸和物料增大情况下,操作参数对分离过程中转鼓内侵蚀现象和分离效率有重要影响。采用样机实验结合CFD数值模拟,对三级活塞推料离心机进行三维建模和仿真,并利用密集离散粒子模型(DDPM)模拟侵蚀过程。基于粒度分析可知,氯化钠颗粒粒径dm为0.070~0.200 mm时,随颗粒粒径增加,固相对离心机转鼓内部的侵蚀越大。结合响应面分析法可知,响应模型各因素的交互影响明显,以更高分离率与更低侵蚀率作为评价指标,得出最优值为推料频率40次/min、转鼓转速1431 r/min、进料浓度60%。与实验数据进行对比,模拟结果的误差在可接受范围内。     

采气管线浮动式球阀迎流面的冲蚀进化特性

基于冲蚀实验和数值模拟,采用3D成像技术、动网格方法研究了典型开度30%时浮动式球阀迎流曲面的冲蚀进化,提出了能概括各因素随时间变化的冲蚀进化模型. 结果表明,冲蚀过程中严重磨损区域(迎流面中部B, E和H处)冲蚀速率呈降低趋势,用250 kg粉尘冲蚀后冲蚀速率为减薄前的0.9倍,用350 kg粉尘冲蚀后冲蚀速率为减薄前的0.825倍,用450 kg粉尘冲蚀后冲蚀速率为减薄前的0.755倍;在流速9~80 m/s,粉尘粒径35~500 ?m和体积浓度1.6?10–13~5.7?10–6的球阀阀芯迎流面冲蚀下,冲蚀进化模型计算值与实验值的误差小于20%;流速19~80 m/s、粉尘粒径150~230 ?m和体积浓度1.68×10–7~2.6×10–5且几何模型与球阀迎流曲面不相似时,可将预测值和实验值控制在同一数量级.     

带筋注塑制品截面充填过程数值模拟

采用有限元法,模拟计算了带加强筋的注塑制品截面充填过程的流场。通过设计两个算例,模拟得到带加强筋的注塑制品截面充填过程中其厚度方向上的速度场、压力场、熔体前沿以及速度和压力的变化历史。由速度场的变化历史特别是剪切历史可以得到流动诱导的纤维取向分布。     

气固两相流动中非球形颗粒所受曳力的数值研究

采用数值计算的方法研究了非球形颗粒在气固两相流动中所受的曳力,在Re＜100的条件下对流经3种具有典型几何特征的非球形颗粒（正方体、圆柱体和圆台体）的流体流动进行了详细的数值计算.通过比较计算结果与文献中所推荐的3种曳力系数修正关系发现：Ganser方法与本文计算结果符合最好.通过对两种不同颗粒摆放条件的流动进行计算发现：对于不同的颗粒与来流角度,非球形颗粒所受到的曳力具有较大的差别.