喷嘴收缩角度对气固两相受限射流颗粒运动特性的影响

颗粒运动特性是深入理解颗粒弥散和气固混合的关键,采用粒子图像测速仪(PIV)对不同收缩射流颗粒运动行为进行了研究;考察了喷嘴收缩角(α=20o,40o,60o,80o)和气体射流速度对颗粒轴向速度、径向速度和相干涡结构的影响。结果表明：与无收缩直管射流相比,喷嘴收缩效应使射流近场气固相间存在较大的轴向滑移速度,颗粒做加速运动。喷嘴收缩产生径向速度分量,使颗粒向射流轴线聚集,形成斜向撞击流,促进了射流动量由轴向向径向的转化。径向速度分量随喷嘴收缩角的增大而增大。气体射流速度增加,颗粒速度的滞后性和相间弛豫时间延长,加速区下移。喷嘴收缩加剧了射流剪切层的不稳定性,促使剪切层振荡卷起形成大尺度和高涡量的轴对称涡环。     

基于CFD-DEM耦合方法的非牛顿磨料浆体射流特性研究

采用CFD-DEM(Computational Fluid Dynamics with Discrete Element Method),模拟了磨料射流中颗粒在清水与0.2％(以质量分数计)胍胶溶液中的运动过程,研究了颗粒的运动轨迹、颗粒在喷嘴轴线位置处的速度变化情况、流体参数对射流扩散及颗粒空间分布的影响.在喷嘴收缩...     

单喷嘴气化炉内稠密气-固两相旋流浓度场研究

旋转射流在实际工程中应用广泛,利用PV6D颗粒测速仪测量了旋转射流气化炉内颗粒的浓度场特性。结果表明：加旋情况下,喷嘴轴线处的颗粒浓度较不加旋时衰减快,在气化炉上部的测量截面上,颗粒浓度的径向呈＂驼峰＂分布,而在气化炉下部则分布较均匀;随着固气质量比和颗粒粒径的减小,颗粒轴线的相对浓度衰减加快。     

三通道德士古气化炉冷态数值模拟

利用fluent软件对三通道简化喷嘴德士古气化炉进行冷态数值模拟,主要研究了中心配比对速度场分布、湍流混合、颗粒停留时间的影响。气相湍流采用Realizeable k-ε,颗粒离散相采用了DPM模型。结果表明,中心流体和外环流体通过喷嘴高速射速炉内,形成了明显的射流区、回流区及管流区。其中高速区集中在轴线处,射流区的速度衰减很大。最小颗粒停留时间受中心轴线最大速度的影响显著,回流区对最大停留时间的影响较大。     

大间距两不对称喷嘴对置撞击流驻点偏移规律

采用热线风速仪对大喷嘴间距下两不对称喷嘴形成的对置撞击流的轴线速度分布和驻点偏移规律进行了实验研究.研究结果表明,在大喷嘴间距下,两股射流在发生碰撞前,射流已经进入了充分发展区,当两喷嘴出口动量相等时,驻点位于两个喷嘴轴线中心;在撞击区中,两股射流关于撞击面是对称的.轴线上撞击流驻点受两喷嘴动量比的控制,随着动量比偏离1撞击流驻点向动量小的一侧喷嘴移动,两喷嘴出口动量差别越大,驻点偏离中心距离越大.得到了一个描述大喷嘴间距下驻点偏移的公式,拟合结果与实验结果的平均相对误差为10%.     

喷嘴进料对提升管进料段内颗粒浓度分布的影响

在提升管冷模实验装置上考察了喷嘴进料对颗粒浓度径向分布的影响规律. 结果表明,提升管进料段内存在3种形式的颗粒浓度径向分布,在距喷嘴较近的轴向区域,颗粒浓度沿径向呈明显的W形分布,喷嘴进料对颗粒流动的影响很强;在距喷嘴较远的轴向位置,颗粒浓度沿径向呈环-核分布,喷嘴进料对颗粒流动的影响很弱;在二者之间,颗粒浓度沿径向呈弱W分布,喷嘴进料对颗粒流动具有一定影响. 随着喷嘴气速的增加或预提升气速的减小,颗粒浓度逐渐由W形分布转变为环-核分布,喷嘴进料对颗粒流动的影响逐渐减弱. 采用喷嘴射流动量与预提升来流动量比Mj/Mr考察了操作参数及装置结构尺寸对提升管进料段内颗粒浓度径向分布的综合影响. 在实验范围内,动量比对进料段内颗粒浓度径向分布及颗粒流动行为具有明显的影响规律,随着动量比的增加,颗粒浓度逐渐由W形分布转变为环－核分布,操作参数及装置结构尺寸对颗粒流动的影响逐渐减小. 在动量比小于4.21时,操作参数及装置结构尺寸对颗粒流动的影响在H=0.675~1.075 m间的轴向位置基本结束;在动量比增大为4.21时,操作参数及装置结构尺寸对颗粒流动的影响在H=0.375~0.675 m间的轴向位置便已基本结束.     

双出口分级气流床气化炉内颗粒速度和浓度分布

煤炭分级利用是煤炭高效低碳利用的主要途径之一,提出一种同时制备热解气和合成气的分级气流床气化炉,炉体上部为煤热解室,下部为煤焦气化室。采用PV6M颗粒测速仪对气化炉内固体颗粒的速度和浓度分布进行测量,并运用CFD软件对气化炉内气固两相流场进行模拟。结果表明,在射流发展区域与射流碰撞后的折射流发展区域,颗粒速度较高;边壁区域颗粒速度较低且出现回流现象。在惯性和气流曳力作用下,热解室内大部分颗粒自流进入气化室。热解室上部径向颗粒浓度中心高边壁低;气化室下部径向颗粒浓度中心低边壁高。热解室与气化室进气量比、喷嘴角度及颗粒直径等对气化炉出口颗粒流出量分配有重要的影响。热解室进气量增大,颗粒从热解室出口流出占比先减小后增大;热解喷嘴偏转角与颗粒Stokes数增大,颗粒从热解室出口流出占比减小。     

双出口分级气流床气化炉内颗粒速度和浓度分布

煤炭分级利用是煤炭高效低碳利用的主要途径之一,提出一种同时制备热解气和合成气的分级气流床气化炉,炉体上部为煤热解室,下部为煤焦气化室。采用PV6M颗粒测速仪对气化炉内固体颗粒的速度和浓度分布进行测量,并运用CFD软件对气化炉内气固两相流场进行模拟。结果表明,在射流发展区域与射流碰撞后的折射流发展区域,颗粒速度较高;边壁区域颗粒速度较低且出现回流现象。在惯性和气流曳力作用下,热解室内大部分颗粒自流进入气化室。热解室上部径向颗粒浓度中心高边壁低;气化室下部径向颗粒浓度中心低边壁高。热解室与气化室进气量比、喷嘴角度及颗粒直径等对气化炉出口颗粒流出量分配有重要的影响。热解室进气量增大,颗粒从热解室出口流出占比先减小后增大;热解喷嘴偏转角与颗粒Stokes数增大,颗粒从热解室出口流出占比减小。     

密相提升管内颗粒速度与颗粒浓度分布及发展特性

为研究高密度提升管气固流动结构分布规律及其发展特性,在自建的18 m高循环流化床提升管系统中测定了不同气速和固体循环速率下的颗粒浓度分布.结果表明,在低颗粒循环速率(Gs)下颗粒浓度由底部浓相区单调降低并趋于稳定;在高Gs下颗粒浓度在底部浓相区内先增加后降低,沿提升管向上趋于稳定的发展趋势.径向上颗粒浓度分布呈现"中心...     

气固循环床提升管内的局部颗粒浓度及流动发展

采用反射式光纤浓度探头对f100mm×15.1m循环床提升管8个轴向截面上11个径向位置的局部颗粒浓度进行了测量, 分析研究了颗粒浓度径向分布的不均匀性及其沿轴向的发展变化。结果表明:提升管内气固两相流的发展并不同步,而是一个由核心区向边壁区逐渐扩展,并最终达到总体充分发展的过程,该过程主要受边壁区发展过程所控制;相对于核心区,边壁区的发展不仅显著缓慢,而且受操作条件的影响也较显著。实验还发现:在颗粒加速段,无因次颗粒浓度的径向分布不具有相似性,不仅与径向位置有关,而且还与床层截面高度有关。     

气—固流化床中颗粒碰撞压力的研究

通过对床中物体表现与碰撞颗粒流之间的动量衡算,疳颗粒流动量通量颗粒的碰撞压力相关联,建立了流化床中颗粒碰撞压力的理论模型。计算表明,在浓相鼓泡区,颗粒的向上碰撞压颗粒密度及操作气速度加而迅速增加。理论计算与实测结合基本吻合。     

大型下行式循环流化床反应器颗粒浓度分布研究

采用双光路光纤密度探头研究了内径418mm,高18米大型下行式循环流化床（其中下行床部分长度6．5m)反应器中的颗粒浓度分布，结果表明大直径下行床中颗粒浓度沿径向呈现中心均匀，近壁处存在高浓环形区的分布，这类似于小直径反应器中的结果，随着反应器直径的增加，颗粒浓度分布最大值的径向位置向边壁方向移动，即：当下行床放大时，中心颗粒浓度均匀分布区的面积占整个床层截面积的比例增大，在一种特殊设计的下行床边壁结构中测量了颗粒浓度沿径向的分布，实验结果说明边壁效应对下行床近壁区颗粒浓环的形成起到了重要作用，研究结果将有助于了解下行床反应的放大特性。     

含细长颗粒的洗涤冷却室内的多相分布特性

采用改进的直接取样法,在按几何尺寸缩小的工业气化炉洗涤冷却室冷模装置内,同时测量不同操作条件下的轴径向局部固含率和气含率,对细长颗粒在洗涤冷却室内的多相分布特性进行研究。结果表明：以下降管出口截面为界,洗涤冷却室可分为上部气液固混合区和下部固液流动区,其中上部区域由下降管出口区、破泡板作用区和气垫层区组成,下部区域由气相湍动作用区、回流区和二次流动区组成;在颗粒阻碍效应减速沉降和团聚效应加速沉降的共同作用下,轴向固含率呈现波动分布;环隙气速、固相体积分数和长径比的增加均会增强床层的湍动,促进气体的径向扩散;操作条件的改变使颗粒的漂移速度发生改变,径向固含率分布出现波动;在气相扰动和回流作用下,二次流动区呈现环状流动,流体和颗粒的"壁面效应"使该区域的固含率呈现中心高边壁低的特点。     

水平气力输送管中颗粒浓度分布的数值模拟

以商业软件FLUENT为平台,通过UDF将DEM程序编译进FLUENT,利用DEM与CFD耦合的方法研究了水平管气力输送过程中颗粒粒径和密度对颗粒浓度分布的影响.结果表明,水平管道内颗粒浓度沿轴向方向不断降低,在管中心浓度逐渐扩散,使径向分布逐渐变得均匀;与双欧拉模型的计算结果不同,在管下部的高颗粒浓度区呈现出中心浓度高于边壁浓度的分布,而在管上部则表现为中心浓度低于边壁浓度的分布;随着颗粒密度及颗粒体积的增加,颗粒的跃动距离减少.     

固定床熔渣气化炉内冷态气固两相流动特性

为了研究固定床熔渣气化炉喷嘴射流速度和安装角度对炉内流场的影响,搭建了固定床熔渣气化炉冷态试验平台,并结合Fluent软件进行了建模。结果发现:(1)随着气体流量和射流速度的不断增加,气体在物料内部的穿透距离不断加长;(2)随着喷嘴下倾角度的增加,射流深度、回流区径向深度及回流区高度呈不断减小趋势;当喷嘴下倾5°~10°布置时为最优工况,料层内部喷嘴方向射流穿透深度适中,炉内流场分布较好;(3)随着喷嘴切圆角度的不断增大,喷嘴对冲碰撞作用越小,气流逐渐偏离径向区域,喷嘴轴截面气体分布量逐渐变少,料层内部射流穿透深度先增大后减小。综合考虑各因素,喷嘴下倾5°并切圆旋转10°布置时,料层内部水平方向射流穿透深度最大,炉内流场分布较好。     

气固同轴射流流场特性PIV实验与CFD模拟

以粒子图像流场测量(PIV)与计算流体力学(CFD)数值模拟相结合的方法,对气相和气固两相同轴射流流场特性进行了研究,探究了射流速度比、喷嘴直径、射流空间直径和射流出口直径对回流量和回流区域的影响规律。结果表明:射流区和壁面之间存在沿轴向延伸至整个射流长度的回流区域,中等Stokes数颗粒会随回流气体改变运动轨迹,聚集在低涡量高应变的回流涡点;射流速度比、喷嘴直径和射流空间直径对回流量影响显著,实验工况下的最大回流量是射流量的10.29倍;当射流充分发展后,射流出口直径对回流量没有影响。通过气固两相同轴射流流场特性的研究,为进一步阐明气固耦合的颗粒弥散机理提供了理论指导。     

撞击流气化炉内颗粒停留时间分布的随机模拟

根据多喷嘴对置式气化炉流场测试,将气化炉划分为若干区域,运用时间离散、状态离散的马尔可夫链随机模型,模拟了气化炉内颗粒相的停留时间分布(RTD)。当颗粒在撞击区和射流区间的回流比为0.5,向下撞击流股区和管流区为平推流模型,其他区域按全混流模型处理时,模拟值与实验值吻合较好。随着进料流量的增大,平均停留时间减小,量纲1方差减小;随着回流比的增加,平均停留时间增大;气固两相平均停留时间接近,但RTD存在一定差异。     

二维喷嘴内稠密气固射流稳定性实验

利用高速摄像仪对二维喷嘴内稠密气固射流稳定性进行了实验研究,考察了颗粒粒径、料仓压力以及喷嘴收缩角等因素对射流流动模式及稳定性的影响。结果表明：对于颗粒粒径为78μm的气固射流,随着料仓压力的增大,射流出口速度增大,射流固含率降低,在料仓压力≥0.03MPa、射流速度≥4.82m/s、射流固含率≤0.168时,喷嘴内稠密气固射流出现气泡型的不稳定流动模式;随着颗粒粒径的增大,气固射流固含率降低,喷嘴内稠密气固射流从气泡模式转变为颗粒团不稳定流动模式;改变喷嘴收缩角对射流不稳定模式影响不大。利用微型压力传感器对喷嘴直管不同位置压力进行测量,结果表明压力脉动主要是由于气固射流中气泡及颗粒团的产生及演变导致的。研究表明,随着料仓压力增大,颗粒在喷嘴内向下运动过程中压降增加,渗透进颗粒流的气体分率增加,将导致喷嘴内气固相互作用增强,进而引起气固射流不稳定。     

受限同轴交叉射流的径向速度分布

在研究了射流交叉角度和密度比对同轴交叉射流轴线轴向速度影响的基础上 ,采用DualPDA进一步研究了受限同轴交叉射流的轴向速度沿径向的分布。文中分别研究了射流交叉角度和密度比对径向速度分布、回流区长度、回流量的影响。结果表明 ,射流交叉角度、射流介质密度比越大 ,速度分布越陡 ;回流区越长 ;最大回流量与θ-1成线性关系。     

射流携带床气化炉内宏观混合过程研究(Ⅰ) 冷态浓度分布

以双通道交叉射流喷嘴为射流源,在直径1000mm、高4000mm的大型冷模装置上,测定了射流携带床气化炉内的冷态浓度分布,考察了喷嘴环隙和中心射流动量比对宏观混合过程的影响;给出了无量纲径向浓度分布、无量纲最大浓度和混合分数的轴向衰减以及无量纲浓度半半径沿轴向的变化规律。