气固流化床内射流穿透深度的CFD模拟及其实验验证

在经典的Gidaspow无黏性双流体模型中考虑离散颗粒对流体和固体动量守恒方程的影响后,建立了一个具有模拟大规模流化床内气固两相流体动力学特性潜在优势的简化数学模型。在CFX4.4商业化软件平台上通过增加用户自定义子程序考察了二维气固流化床(高2.00 m、宽0.30 m)内射流气速、喷嘴尺寸、环隙气速和静床高度对射流穿透深度的影响,并以树脂颗粒(粒径670 μm、密度1474 kg·m^-3)为研究对象在厚度为0.025 m的矩形床内进行了对比实验。结果表明,选取空隙率为0.8的等高线作为射流边界比较合适;射流穿透深度随射流气速或射流喷口尺寸的增加而增大;射流周围环隙气速由0变到最小流化速度时,射流穿透深度随环隙气速增加而增大,在最小流化速度时达到最大值,然后随环隙气速增加单调减小,当环隙气速大于2.5倍最小流化速度时,射流穿透深度减小程度变缓;在相同射流气速下射流穿透深度随着静床高度的增加而减小,静床高度对射流穿透深度的影响随着射流气速增加呈现扩大的趋势。     

大型射流流化床的流型转变与射流深度

在高 8m、直径 0 .5m的大型射流流化床中 ,通过摄像分析法 ,研究了射流、喷流两种流型的转变 .结果表明在低静床高、大射流气速下易出现喷流 ;喷流出现时 ,功率谱主频射流气速曲线上出现一转折点 .转折点射流气速与摄像法得出的流型转变射流气速相同 .提出了射流、喷流流型转变关系式 .同时发现射流深度随射流气速变大而增大 ,结合二维射流床射流深度的研究结果 ,得出了射流深度的预测式     

双射流流化床空隙率的分布

在 ３００ ｍｉｎ×５０ ｍｉｎ×２６００ ｍｍ的二维射流床中,采用内径为 １１ ｍｍ的对称双射流管,研究了等速射流条件下射流管间距、喷口射流气速、静床高度对床层空隙率分布的影响,发现射流管间距、喷口射流气速是双射流产生射流区合并的主要原因;并得到了具体实验条件下空隙率分布的数据．同时研究了双射流管不等速射流条件下空隙率分布的规律．     

大型单射流流化床的流动特性

在φ500mm×8000mm的大型单射流半圆形流化床中,采用内径为42mm的半圆形射流管,以小米为实验物料,利用摄像法研究了射流气速、静床高度与射流深度的关系,得出了射流深度的定量关联式．藉PC—4光导纤维测浓仪,研究了大型射流流化床径向、轴向空隙率分布规律,最后得出了射流区各点空隙率分布的定量关系式．     

大型双射流流化床的流体动力学特性

在Ф0 .5m× 8m大型双射流流化床中 ,通过摄像、放像逐帧分析法和sthVCD软件分析录像转换的VCD ,得到了不同管间距下双射流典型的运动图像 .同时研究了两射流独立存在区、过渡区和射流合并区 3种流型的相互转变 ,得出了流型转变的关系式 .不同射流管间距下相同射流气速的射流深度相比 ,管间距减小则射流深度减小 ;在较小的管间距和相对高的射流气速下 ,两射流在射流深度之内始终合并 ,表现为射流合并高度 .得出了射流深度、射流合并高度的定量关系式 .分数维关联维数表明大型双射流流化床是一个确定性混沌系统 ,考查了管间距、静床高度对关联维数的影响     

双射流流化床射流流动的混沌特性

在－３００ｍｍ×５０ｍｍ×２６００ｍｍ的二维射流流化床中,采用内径１１ｍｍ的对称双射流管。通过压力波动的时序分析,利用确定性混沌理论分析方法,求得了最大李雅普诺夫因数和关联维数;并讨论了静床高度、喷口气速、喷口管间距对关联维数的影响。     

流化床中射流机制和双射流相互作用

在文献的基础上, 通过实验和模拟的方法研究了射流机制和双射流的相互作用. 采用一个300 mm′51 mm的两维气固流化床,内置两个垂直射流, 使用多路毕托管系统测量射流穿透深度. 使用描述气固流态化的双流体模型进行模拟,用改进的IPSA求解模型方程,通过数值模拟, 讨论了射流产生的机理, 再现了双射流, 并发现双射流的相互作用可分为三类：孤立射流、过渡射流和互作用射流,提出了相应的射流间距判据. 发现影响双射流穿透深度最主要的因素是射流动量、两相间曳力、射流间距和床层表观气速, 建议使用Froude数、Reynolds数、床层表观气速、射流间距和喷口直径来关联不同区域的射流穿透深度. 得到了一个关联式并与文献中的关联式或实验数据做了比较.     

二维射流床空隙率分布

使用ＰＣ－４光导纤维测浓仪测定了二维射流床中的空隙率分布，并考查了静床高、射流管径对空隙率分布的影响，发现在射流喷口上方２．５ｃｍ￣７．５ｃｍ处有一最大空隙率分布区。利用空率分布可定义并求出射流深度，其值与Ｙａｎｇ的关联式计算值吻合。     

导向管喷动流化床的喷动气旁路分率

在内径为182 mm的喷动流化床中安装内径80 mm的导向管,以平均粒径为2.2 mm的尿素颗粒为物料,对喷动气旁路特性进行了实验研究,分别考察了夹带区高度、导向管长度、喷嘴内径、床层高度、喷动气速和流化气速对喷动气旁路分率的影响,结果表明随着喷动气速的增大,喷动气体旁路分率先增后减。导向管安装高度越高,气体旁路分率越大。床层高度增大喷动气体旁路分率略有降低。而喷嘴直径小于50 mm时气体旁路分率随喷嘴直径增大而提高,在大于50 mm时气体旁路分率随喷嘴直径增大维持不变。当气速较小时,导向管高度增大会引起气体旁路分率增大,引入少量流化气能有效地抑制喷动气旁路。     

双喷嘴矩形喷动床流动性能实验研究

在120 mm×240 mm的双喷嘴矩形不锈钢床内,对新型双喷嘴矩形导流管喷动床的最小喷动速度和喷动高度进行了研究,考察了喷动气速、粒径、静床层高度、导流管直径、导流管安装位置对最小喷动速度和喷动高度的影响。结果表明:最小喷动速度随颗粒直径、导流管直径、导喷距的增大而增大,随静床层高度的增大而减小;喷动高度随喷动气速的增大而增大,随导流管直径的增大而减小,受静床层高度和导喷距的影响不大,并得出了最小喷动速度的关联式。