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.     

增压导向式喷动流化床流动特性的数值模拟

采用双流体模型对增压导向式喷动流化床内喷动区和环形区气固运动速度和空隙率进行数值模拟。计算结果表明,喷动区颗粒速率在初始阶段急剧上升而气体速度则急剧下降,进入导向管后趋于平缓,而且颗粒加速程度不写系统压力有关,还形区气体速度在卷吸段增大,进入隔离流区后保持不变,而颗粒下降速度一直保持不变,喷动区的空隙率在卷吸段下降,进入导向管后又开始上升。     

导流管喷动床内液固两相流动特性研究

为了探究不同参数对液固导流管喷动床内颗粒流动行为的影响,本文基于欧拉-欧拉双流体模型结合颗粒动理学对喷动床内液固两相的流动特性进行数值模拟。本文在导流管喷动床的底部引入辅助入口,通过改变颗粒粒径和液体粘度,得到了颗粒轴向速度、颗粒浓度、颗粒拟温度、静压力、动压力等参数的变化规律。模拟结果显示,在一定范围内增大颗粒粒径和液体粘度,颗粒的轴向速度减小,颗粒拟温度显著升高,喷动床内的静压力增加,液体动压力减小,床层膨胀高度明显增大。但当液体粘度增加到一定值后,喷泉区不再明显,并且出现了颗粒回流的现象。因此,综合考虑颗粒粒径和液体粘度,可以显著减小颗粒的堆积,提高喷动效率,使颗粒流化更加充分。     

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。     

修正的κ-ε-κp双流体模型用于模拟旋流突扩燃烧室内气固两相流动

对标准的κ-ε-κp模型中ε方程的源项进行了修正，用于模拟有旋突扩气固两相湍流流动，并与实验结果进行了比较，得出的修正模型能够较好地模拟旋流流动，对工程优化和设计具有指导意义。     

基于双流体模型的湿蒸气凝结流动三维数值模拟

建立湿蒸气凝结流动的双流体模型,考虑了湿蒸气汽液两相流动中相间速度滑移、耦合以及湍流扩散作用的影响。针对蒸汽透平叶栅中流动的湍流特性,在单相湍流计算中数值模拟精度相对良好的两方程SSTk-ω湍流模型基础上,参照颗粒湍能输运方程理论,推导建立了湿蒸气两相流动SSTk-ω-kp湍流模型,模型中引入了液相粘性、导热及扩散系数等拟流体概念。对一直列叶栅中存在自发凝结的湿蒸气流动进行了三维数值模拟,结果表明:与中心截面相比,端壁附近汽流首先出现大量凝结核,并较早恢复到平衡状态,由于涡系结构的存在使得沿叶高汽液两相叶栅出口马赫数之间存在一定差异。本文建立的模型提高了湿蒸气凝结流动三维数值模拟的精度,更好地揭示叶栅中凝结流动的相间作用。     

考虑壁面粗糙度的双流体颗粒-壁面碰撞模型

提出了考虑壁面粗糙度的双流体颗粒－壁面碰撞模型，将轨道模型中颗粒碰壁模型考虑壁面粗糙度和双流体模型中用概率密度函数积分法处理颗粒与光滑壁面碰撞模型的优点结合起来，引入壁面粗糙度对碰壁颗粒湍流影响的机理。数值模拟结果表明，由于考虑了各方面雷诺应力之间的相互转化，雷诺应力从平均运动中得到能量，以及壁面对运动的衰减作用等因素，包括摩擦系数、恢复系统、壁面粗糙度等物理参数的颗粒－壁面碰撞模型作为边界条件时，得到的结果与实验符合得更好。     

压力对喷动流化床流动特性影响的数值模拟

建立了1台热输入0.1 MW的加压喷动流化床煤部分气化炉和相同尺寸的冷态模型试验装置,通过试验和数值模拟方法分析了压力对喷动流化床流动特性的影响.数值模拟采用了非稳态欧拉多相流模型,研究结果表明:随着工作压力增大,床内的中心喷动区和环形区的空隙率均相应减小;颗粒在较高工作压力下的轴向速度大于较低压力工况下的速度值;在压力为0.1～0.3 MPa时,模拟工况的流动状态与试验结果相符.     

提高循环流化床脱硫性能的数值模拟研究

通过增大循环流化床上斗段的部分直径，达到区别不同粒径颗粒在床内的停留时间，提高脱硫效率和脱硫剂的利用率?采用气固两相流数值模拟方法，对不同扩张段高度和直径进行了模拟计算．获得了不同粒径颗粒停留时间的变化规律，结果表明对流化床上升段进行部分扩张可以增加和调节颗粒在床体内的停留时间，特别是对大颗粒效果尤为显著。     

压力对喷动流化床煤气化影响数值模拟

借助CFD(Computational fluid dynamics)软件平台首次建立了三维喷动流化床气化动力学模型.此模型包含了以下子模型:气固流动模型,煤的挥发分析出模型,焦炭气化反应模型,气相间的均相反应模型.此模型重点考察了操作压力的变化对煤气化的影响.当压力为0.1MPa时,一氧化碳,氢气,甲烷的摩尔分数分别为8.75%,10.5%,3%,压力为0.3Mpa时,一氧化碳,氢气,甲烷的摩尔分数分别为11.2%,12.81%,4.27%.煤气质量在加压后有了明显的提高,并通过试验结果进行了验证.     

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.     

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。     

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     

循环流化床锅炉旋风分离器内气固两相流动的数值模拟

为研究旋风分离器内部气固两相流动的特征，本文应用FLUENT5.4.8软件对某厂50MW级别的旋风分离器内部气固两相流动进行了数值模拟，在此基础上，本文又分别对中心筒长度减半，变梯形入口为弧形引导入口，增加筒径的三种改进模型重新进行了计算，并得出了有用的结论，这些数值模拟的结果对新型旋风分离器的设计、运行和改造等均具有指导意义。     

稠密气固两相流的直接数值模拟

分别用欧拉方法处理气相场和用拉格朗日方法处理离散颗粒场。在处理粒场时考虑到颗粒直径、比重、材料的刚度、摩擦系数等对颗粒运动的影响。用直接模拟法分别对漏斗流、球磨机以及喷动流化床内颗粒的运动进行了模拟,并通过实验对喷动流化床的模拟结果进行了验证。     

循环流化床惯性分离器内气固两相流动的数值模拟

对循环流化床锅炉气固分离器的研究手段进行了初步分析，提出采用脉动频谱随机轨道模型数值模拟Ｕ型和鳍片束惯性分离器内气固两相流的流动性特性，为深入研究分离器提供了一种有效的手段，计算结果表明，采用的方法较好地模拟了惯性分离器内气流动与颗粒的运动轨迹，计算的分级效率曲线与试验值较为吻合。     

流化床烟气脱硫反应器内气固流场数值模拟与分析

为了更好地了解烟气脱硫塔内气固流场的分布规律,以Fluent软件为计算平台,采用双流体模型对脱硫塔内气固流动进行数值模拟研究,得到了塔体内气体和颗粒相的速度以及浓度场分布。研究发现在喉口区域形成低速流动区,且沿塔体高度低速流动区逐渐减小。与单侧进气方式相比,采用双侧进口布置,可以减轻气流对低速流动区域的影响,改善塔体内气固两相流场分布。     

宽筛分流化床气—固两相流动结构离散颗粒模型

建立了适合描述宽筛分流化床气 固两相流动结构的离散颗粒模型。颗粒的运动满足牛顿第二定律 ,流体相的运动规律由局部平均的纳维 斯托克斯方程求解 ,两相间的耦合由牛顿第三定律决定。对宽筛分流化床中气泡的形成、颗粒的流化过程进行了数值模拟 ,结果与实验现象相符合 ;模拟结果还发现单颗粒的运动速度表现出不可预测特性 ,颗粒的总体速度不完全满足正态分布。     

加压喷动流化床最小喷动速度的试验研究

在内径100 mm的有机玻璃冷模装置上进行了加压喷动流化床试验.床料直径为1.6 mm、2.3 mm的小米.研究了压力、静止床高及流化风对最小喷动速度的影响.试验结果表明:喷动流化床的最小喷动速度随压力的增大而减小,但减小幅度逐渐变小;静止床高增大,最小喷动速度增大,但床高的增加对最小喷动速度的影响随着压力的增大而减弱.流化风风量增加导致最小喷动速度降低.根据试验数据进行了线性回归,分别得出了uf=0和uf＞0(uf为流化风床内表观气速)时最小喷动速度的关联式,相关系数分别为0.964和0.920,关联式和试验值吻合较好.     

喷动流化床传热特性的CFD-DEM模拟

基于颗粒-颗粒、颗粒-流体间的传热机制建立了颗粒尺度下的传热模型,并将其与计算流体力学-离散颗粒模型(CFD-DEM)耦合,建立了CFD-DEM传热模型,在传热计算中采用真实的颗粒接触刚度修正了颗粒-颗粒间的传热。采用典型喷动流化床内的颗粒传热实验数据验证了CFDDEM传热模型的准确性,并利用该模型分析了喷动流化床内的传热特性。结果表明:喷动流化床内颗粒的传热系数受其运动状态的影响,颗粒在环隙区域外循环的传热系数比内循环传热系数大;喷动流化床内平均传热系数呈对称分布,流化区域内的平均传热系数大于非流化区域,床体底部两侧及气体入口处的平均传热系数最大,床层中央区域的平均传热系数较小.