移动颗粒床中高温气体渗流传热数值计算

针对移动颗粒床中物料层内的高温气体渗流传热现象 ,考虑渗流与传热的相互作用 ,采用局部非热平衡假设建立了多孔介质渗流传热物理数学模型并进行了数值计算 .研究了不同情况下床内填充多孔介质中的流速、气固温度和床层压力损失 .计算结果表明 ,高温热气对移动床颗粒料层的热渗透主要发生在渗流入口端区域 ,增大入口渗流速度以及减小床层物料下移速度将导致物料温度沿床高慢速下降 ,热渗透深度扩大 ,热渗透作用区域内的物料温度水平提高 .在热渗透作用区域 ,孔隙率对流场和压力损失有很大的影响 .研究结果对于移动颗粒床反应器的设计与运行具有一定的参考作用     

固定床中热气体非稳态渗流传热与煤热解过程

针对煤燃烧前热解脱硫工艺 ,研究固定床中气体渗流传热传质与煤热解反应综合过程 ,建立多孔介质非稳态渗流传热传质与煤热反应相互作用的物理数学模型 ,研究不同情况下床内气固温度和煤热解挥发分析出浓度瞬态分布规律 .计算结果表明 ,固定床中煤料的热解反应主要发生在床层下部的热渗透作用区域 ,随着运行时间的延长 ,煤热解区段不断向床高方向推移 .提高热气入口温度 ,热渗透作用区域内的物料温度水平提高 ,煤粒热解反应期缩短 .在热作用区域 ,煤热解反应与渗流传热传质过程密切相关 .模型计算结果与文献中的实验数据进行了比较 ,两者符合较好 .研究结果对于煤燃烧前热解脱硫装置的设计与运行具有一定的参考作用     

高温金属熔液在旋转多孔介质内的渗流传热过程

针对转动坐标系中铝熔液在SiC多孔介质内的流动传热现象 ,考虑离心力对渗流传热过程的影响 ,采用局部非热平衡假设建立多孔介质渗流传热数理模型 ,研究不同工况下流体的流速、压力损失及铝熔液和多孔介质的温度变化 .计算结果表明 :在渗透区域 ,液固两相存在温差 ,且液固温差随渗透界面的移动而减小 ;在非渗透区域 ,固体的温度曲线基本不变 .离心转速或孔隙率的增加都使渗透前沿区域液固两相温差增大 .孔隙率对流场和压力损失有较大影响.     

非热平衡多孔介质内反应与传热传质耦合过程

采用局部热不平衡假设,对发生强吸热化学反应的多孔介质体系建立了反应与传热、传质耦合问题的数学模型,采用Ergun-Forchheimer-Brinkman方程描述多孔介质中的流体流动.运用交替方向隐式(ADI)方法对模型离散求解,并采用文献中的实验数据对模型进行验证.计算了不同条件下颗粒物料层内气体和固体骨架的温度场、产物气体浓度场以及固体转化率分布,以得到多孔介质体系内固有化学反应时的传热、传质规律.结果表明,不能忽略固体骨架与流体间的温度差.入口渗流速度、入口气体温度以及固体颗粒尺寸是影响系统反应特性的重要参数.研究结果对具有强吸热反应的固定床反应器的设计和运行具有一定的参考作用.     

颗粒直径对吸附分离影响的数值模拟

基于Fluent的多孔介质模型,建立了变压吸附制氧发生器的立式填充床模型。采用用户自定义函数功能,以反映吸附传质、传热,并将多孔介质单相模型整合为更精确的气固两相耦合模型。在此基础上,模拟了吸附颗粒直径对气相压力、速度、床层压降以及氧气分离浓度、回收率等参数的影响情况。结果表明：床层压降随颗粒直径的增大而减小;床层对入口急流的抗穿透性能随颗粒直径的增大而减小;相同条件下,采用较小颗粒直径能够提高氧气分离浓度、回收率,原因在于小颗粒直径降低了床层内气体的流速,增加了吸附时间,促进了吸附的进行。     

甲烷水蒸气重整制氢反应及其影响因素的数值分析

本文通过建立包含动量、能量、质量以及化学反应的多物理场耦合数值模型, 以多孔介质模型表征催化剂层, 对工业转化炉管中的甲烷水蒸气重整制氢过程进行了详细分析。计算得到了转化炉管内甲烷重整过程反应物及产物气体的速度、温度及浓度场分布, 以此分析了甲烷重整制氢过程的反应特性, 并阐明了转化炉管的壁面温度、原料气入口水碳比以及入口速度对甲烷转化率的影响。结果表明:水蒸气重整在转化炉管的入口区域反应迅速, 沿着气体流动方向, 反应速率由于反应物浓度的不断降低而减小, 导致混合气体流动速度和温度也逐渐趋于稳定;水碳比和转化管壁面温度的增加以及原料气体入口流速的降低, 都会提高甲烷的转化率。本文所得到的结论对于优化实际生产中甲烷水蒸气重整制氢反应的工况条件具有一定的参考和借鉴意义。     

悬浮微粒在被加热多孔介质内的沉积与运移特性

通过建立沿管壁恒热流加热的渗流实验系统,实验研究了悬浮颗粒在饱和多孔介质内以及入口界面处的沉积和运移特性。着重研究了有无加热条件,以及不同加热温差,相同多孔介质和进口悬浮液浓度情况下,实验段入口界面处与内部的颗粒沉积量变化,以及沿程不同位置处的压力变化。并对实验过程中的渗流稳定性及各测点温度和多孔介质段渗透系数进行了分析。结果表明:相对渗透率k_t/k₀在不同温差下有明显不同;多孔介质与进口流体界面处的沉积量随温差的增大而增加,沉积结构的稳定性降低;多孔介质段颗粒沉积强度随温差的增大而增大,实验结果可为今后的理论分析提供验证依据。     

大颗粒煤反应过程中灰层有效扩散系数的研究

在大颗粒煤燃烧或者气化过程中,气体穿过灰层的有效扩散系数是非常重要的参数.对有效扩散系数的研究主要有两种思路:一方面,灰层本质上是多孔介质,因此在研究有效扩散系数时,沿用气体在多孔介质中扩散的研究思路;另一方面,焦炭的燃烧或者气化本质上是气固反应,气体在灰层也即产物层中的扩散是气固反应的重要影响因素,因此应用气固反应的理论对有效扩散系数进行研究.根据以上两种思路综述了有效扩散系数的实验和模型的研究现状,并对今后的研究重点进行了展望.     

渗流对海底管道非稳态传热影响的数值研究

基于多孔介质传热理论,建立海底土壤水热耦合控制方程.分析了海水温度和渗流速度对热油管道非稳态传热规律的影响,研究表明:海水渗流速度相对越大,管道周围土壤温度场在渗流方向的热作用半径越长,垂直渗流方向的热作用半径越短,且随着渗流速度的增大,整个土壤区域平均温度升高,土壤温度场达到稳定所用时间降低.在其他条件不变的情况下,...     

不同入口结构下行床内气固流动及混合行为的CFD-DEM模拟

采用计算流体力学和离散单元模型（CFD-DEM）耦合一种简单的气固催化反应模型对具有不同入口结构的二维下行床内的气粒流动和混合行为进行全床数值模拟。模拟得到了不同入口结构下行床内的多尺度气固运动状态、全床的固含、速度及反应生成物浓度分布,以及气体和颗粒在下行床内的停留时间分布,发现入口结构对反应器内的流动、混合和气固接触效率起着关键性的作用,入口气体和颗粒的不均匀分布将导致下行床内气体停留时间的宽分布以及气固接触效果的恶劣。     

柱形流化床传热特性的数值模拟

对Shedid等搭建的圆柱体流化床采用欧拉?欧拉法进行三维数值模拟,考察了颗粒球形度、表观进气速度和床料初始堆积高度对流化床内垂直加热壁面与流动床料之间对流传热特性的影响,采用有效导热系数分别计算气相和固相的对流传热系数。结果表明,随表观进气速度增大,流化床内颗粒物料湍流运动加剧,加热壁面平均温度和流体平均温度下降,壁面流体间传热平均温度差减小,壁面流体间对流传热系数增大;随初始床料高度增加,流化床内颗粒与加热壁面的接触面积增大,导致固相平均对流传热系数增大。     

非均质移动颗粒床的渗流换热模型与数值模拟

针对非均质移动颗粒床的换热过程,建立了其渗流换热的数学模型,提出了COADI-GS算法,采用此算法对移动颗粒床的气固换热过程进行流热耦合数值模拟。通过对均质与非均质这两种不同移动颗粒床换热模型的仿真结果进行比较,发现两者的床内温度分布有较大差异,非均质移动颗粒床模型能更为准确地描述床层内的渗流换热过程。计算结果表明,供风压力的增加虽有利于熟料颗粒的冷却,但会降低回收风的温度;颗粒温度随床层移动速度的增加而升高,近似为线性关系。     

Characteristics of a Pressurized Gas‐Solid Magnetically Fluidized Bed

The hydrodynamic, heat and mass transfer characteristics of a pressurized co‐current gas‐solid magnetically fluidized bed (MFB) were systematically investigated considering major influence factors, such as magnetic field strength, superficial gas velocity, and operating pressure. It was shown that this pressurized gas‐solid MFB has the advantages of a wider operation range of the superficial gas velocity under bubble‐free particulate fluidization, a larger bed voidage with smaller pressure drop across the bed, and larger heat transfer efficiency, compared with a conventional fluidized bed. Moreover, the minimum bubbling velocity, gas‐solid mass, and heat transfer coefficients were correlated at high accuracy within the investigated range of operating conditions.     

Effect of Operating Parameters on Gas‐Solid Hydrodynamics and Heat Transfer in a Spouted Bed

Through a combined computational fluid dynamics and discrete element method approach, the effect of the operating parameters on the hydrodynamics and heat‐transfer properties of gas‐solid two‐phase flows in a spouted bed are extensively investigated. Considering the high velocity in the fountain region, gas turbulence is resolved by employing the large‐eddy simulation. The rolling friction model is adopted for more precise predictions of solid behavior near the wall. Subsequently, the gas‐solid flow patterns, gas‐solid velocities, and temperature evolution are investigated. Moreover, different operating conditions and geometry configurations are evaluated with respect to heat‐transfer performance. The results provide a fundamental understanding of heat‐transfer mechanisms in spouted beds.     

Experimental and numerical analysis of oil shale drying in fluidized bed

The main objective of this work was to experimentally and numerically investigate the Liu Shu River oil shale drying by the means of flue gas in a fluidized bed dryer. Several experiments were performed under different temperatures conditions. The moisture content of oil shale was measured during the experiments. The two-stage drying model was incorporated in computational fluid dynamics (CFD) package FLUENT via user-defined functions (UDF) and utilized for simulation of heat and mass transfer of oil shale drying in the fluidized bed dryer. The simulation results for solid moisture content agreed well with experimental data. The effects of the temperature and velocity of flue gas, initial bed height, and the particle size on the drying characteristics were predicted and analyzed. It is shown that the gas temperature and velocity are the important parameters in the whole drying process. The particle size has more obvious influence in the falling drying period than the constant drying period. The temperatures of gas and solid phases were monitored. It is shown that the so-called “near gas distributor zone” is the most effective heat transfer zone, which agrees well with the calculated value. The system quickly reached thermal equilibrium, characterizing a nearly isothermal bed. The developed model provides a very good demonstration to describe the oil shale drying in the fluidized bed dryer, and may provide important information for design, optimization of operation conditions.     

烧结床层的热质分析

基于烧结生产的复杂物理化学过程,建立了烧结床层传热、传质和流动的二维非稳态数学模型,考虑了孔隙率、物料颗粒当量直径等床层结构影响参数的变化,并对气固传热系数进行了修正。通过数值计算,获得了烧结床层的温度场、结构变化和烟气的流场、温度场、浓度场等。烟气出口温度、床层总压降与生产实测值吻合较好,验证了数学模型的正确性。进一步分析了燃料配比、风量和给料温度等操作参数对烧结过程的影响。研究结果表明：燃烧带的厚度、最高温度随着烧结过程的进行而逐渐增加。床层孔隙率、颗粒当量直径的变化主要发生在燃烧带的熔融、冷凝阶段。料层压损最大的是燃烧熔融层,其次是混合料带,最小的是烧结矿层。增加焦粉含量、提高烧结混合料的初温,有利于提高成矿质量;风量过大时,会造成成矿质量下降、生产成本提高。     

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。