基于粒子群优化Hopfield网络匹配的稀相颗粒速度测量

提出了一种基于粒子群算法(PSO)和Hopfield神经网络相结合的粒子跟踪测速算法。该方法采用高速摄影系统拍摄气固两相流的稀相颗粒运动图像,经图像处理后,提取形心参数。将粒子匹配问题转化为优化问题,采用粒子群优化算法与Hopfield神经网络相结合的方法进行优化,求出最优解来实现颗粒的正确匹配,然后计算出颗粒的速度矢量,并与互相关法求出的速度进行对比,实验结果表明,该方法能准确地跟踪稀相颗粒,是一种有效的稀相流场速度测量方法。     

基于图像法的稀相气／固两相流混合比及空隙率分析

通过使用高速摄影系统获得稀相气／固两相流流动图像,并利用图像处理技术对获得的图像进行均匀光照、二值化及粘连颗粒分割等预处理,统计出图像中颗粒尺寸参数。利用数学公式,计算出稀相气／固两相流流混合比与空隙率的纵向分布和横向分布,以及不同截面积的混合比与空隙率分布,并对混合比与空隙率的分布进行比较分析。最终得出在稀相气／固两相流中,混合比比空隙率能更好地描述气／固两相流流动特性的结论。     

气固两相流内中空多孔催化剂性能的数值模拟

气固流态化过程中流体和颗粒分别聚集,形成稀密两相,严重限制其传质效率和反应速率的提高。针对此问题,本工作设计了一种中空多孔结构的催化剂颗粒,通过模拟方法研究该颗粒对稀密两相气相传质与反应的影响,及其在稀密相间转换的时间尺度。结果表明,一定的流动强度时,在颗粒稀密相转换的时间尺度内,中空多孔结构的颗粒能够有效地在稀相存储反应气体,并在密相释放,为密相提供额外的反应气体,增强体系的整体反应效率。当催化反应速率高于传质速率时,在所研究的流动条件下中空多孔颗粒体系的反应效率比实心球形颗粒体系高出26.92%~29.55%。可以预见在稀密相分布更广的大型气固流化床反应器中,中空多孔结构的催化剂颗粒能够更为有效地提高反应器的整体效率。     

火场助燃剂残留快速鉴别方法

采用傅立叶红外光谱仪对模拟火场纸张碎片中残留柴油进行测定,将所得的谱图信息结合计算机辅助方法进行一阶导处理-归一化匹配,运用计算机应用软件对特征区域的特征峰与新鲜柴油进行相似度计算,相似度为0．9046,均大于与其他几种助燃剂的匹配相似度,具有专一性和有效性。实验结果表明,傅立叶红外结合计算机辅助技术能够有效快速的鉴别火场残留助燃剂的种类。     

低雷诺数下气固两相中浓稀相界面对微尺度曳力的影响及建模

采用具有二阶精度的浸没边界-格子玻尔兹曼法对低雷诺数下流体流经不同颗粒聚团结构的过程进行了解析到颗粒表面的直接数值模拟(PR-DNS)。结果显示在颗粒聚团表面的浓稀相界面处,传统的微观均匀BVK曳力模型[AIChE Journal, 2007, 53(2): 489-501]的预测结果与PR-DNS结果有明显的差别;同时文献中所构建的考虑界面影响的微观曳力模型(Int. J. Multiphase Flow, 2020, 128: 103266)也无法准确预测稀相固含率不为0的情况。因此,本工作提出了一种将界面附近网格分解求取曳力的方法。通过与不同颗粒聚团结构的PR-DNS结果及其他曳力模型预测结果对比发现,新模型不但在稀相固含率趋近于0时与文献中模型具有相近的预测能力,且在稀相固含率不为0时,具有明显优于文献模型的相关系数及拟合优度。     

颗粒团聚对稀相气固流动脉动关联项的影响

研究了颗粒团聚对描述稀相气固两相流的气固相宏观控制方程中待封闭气固脉动关联项的影响规律并建立关键待封闭项代数模型。根据气相速度脉动与固相浓度关联项(漂移速度)控制方程,将漂移速度表达为固相非均匀程度和气固平均滑移速度的代数模型。分别采用两种基于颗粒动理学的欧拉?欧拉框架介尺度方法模拟三维周期条件且固相平均浓度为1%的稀相气固两相流动,第1种方法假设固相速度分布函数f为各项同性的双流体方法(TFM);第2种方法假设f服从各向异性高斯分布的积分矩法(AG)。网格分辨率为颗粒直径dp的1.75倍,气固间动量交换采用Stokes曳力模型,并与文献中采用相同参数设置的欧拉?拉格朗日(E?L)方法模拟结果进行对比。结果表明,AG方法的准确度优于TFM方法,气固平均滑移速度、气固脉动能等更接近E?L方法模拟结果。颗粒聚团的积分尺度小于气相脉动速度的积分尺度,两者均呈各向异性,竖直分量高于水平分量。模拟得到了气固速度脉动关联系数和漂移速度系数。     

流化床气固稀相流动体积空隙率的图像检测方法

介绍了应用数字图像处理技术检测流化床气固稀相流动体积空隙率的方法.使用高速摄影系统,对流化床气固稀相流动过程进行实时拍摄和图像采集,利用图像处理技术对不同时刻的图像进行消噪、边缘提取、二值化、分割等处理,然后计算出图像中目标颗粒的周长、面积、体积等参数.统计得出每幅图像中颗粒粒径分布曲线.利用数学模型,计算出稀相流动不同时刻的体积空隙率.实验结果表明,该方法较符合实际情况、且具有较高的测量精度,可以用于气固稀相流动参数的在线检测.     

基于两相两区模型的气固流化床DEM模拟

气固流化床DEM模拟中,通常采用面积加权平均法计算局部空隙率,为了考虑网格中显著非均匀结构对局部空隙率的影响,提出一个计算局部空隙率的两相两区模型。该模型将网格中的非均匀结构虚拟划分为稀相和密相,将实际网格区域划分为稀区和密区,并采用时空关联性原理识别稀区和密区;模型还采用自适应方法计算网格中颗粒分布的非均匀度;将非均匀度作为非均匀结构的影响权重计算密区颗粒的局部空隙率。模拟了鼓泡流化床,模拟结果表明:与传统的DEM相比,基于两相两区模型的DEM能更好地模拟气泡形态,且能捕捉气泡冒出床层和气泡破裂的复杂现象。     

单组分两维射流床内空隙率分布的数学模拟

根据基本守恒方程建立了描述气－固两相流动的数学模型，将用于单相流计算的ＳＩＭＰＬＥ算法改进后，成功地开发了预测流化床内流体动力学的ＣＡＳＩＣＣ软件包。进而详细地模拟了单组分射流床空隙率分布特性，结果表明时均空隙率随轴向位置依次分为：浓相区、颗粒夹带区和稀相区。所得结论与实验观察相一致，可以为该类反应器的设计和放大提供有益的建议     

流化床液固两相传质过程的模拟研究进展

液固两相流化床具有液固相接触效率高、传质和传热性能好、颗粒分布均匀等优点，已被广泛应用于众多工业过程中。然而，流化床中与传质过程耦合的颗粒流化的复杂非线性特征及其湍动特性，使得对传质过程特性的研究十分困难。且仅依靠实验观测和理论预测难以揭示多相流相互作用规律，无法获得全面和详细的速度场和浓度场分布情况。近年来，数值模拟的快速发展为深入探索流化床中液固两相流动行为及其与传质过程耦合问题提供了重要的途径。本文对流化床液固两相流动与传质过程模拟方法进行了综述，并对其未来研究趋势进行了展望。借助于计算传质学理论可以更精确地预测局部浓度的分布情况，进而可以深入分析液固两相流化床中的传质过程规律与传质特性，为液固两相流化床的设计和优化提供理论基础。     

流化床输送分离高度的新关联

流化床设计时,稀相段输送分离高度(TDH)的确定极为重要.以前,一直沿用Zenz(1958)提出的经验线图.本文从单颗粒运动方程出发,通过理论解析,发展了气固二相流气体速度、颗粒速度、颗粒停留时间和上升高度的计算方法,导出了包括8个参数的TDH新关联式,它比前人的研究结果包含的参数更多、更为接近实际,为流化床设计提供了依据.     

垂直立管中颗粒移动床蠕动流动特性的实验研究

在无负压差的环境下,采用PV6D型颗粒速度测量仪,考察了垂直立管中FCC催化剂颗粒移动床的蠕动流动特性. 结果表明,颗粒质量流率较小时立管中颗粒流动具有明显的蠕动流动特性,可划分为两种流态,拟气固雷诺数Re<500时为间歇式蠕动流动,5004000时颗粒的蠕动流动转变为密相流化流动. 立管中颗粒的蠕动流动主要是出口区颗粒成拱与崩塌交替进行产生的,其次为颗粒与器壁滑动摩擦力的不稳定性变化起作用. 微观上颗粒流动的蠕动行为是颗粒之间力链作用变化的结果.     

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。     

Direct numerical simulation of gas-solid suspensions at moderate Reynolds number: Quantifying the coupling between hydrodynamic forces and particle velocity fluctuations

Predictive device-level computational fluid dynamics (CFD) simulation of gas-solid flow is dependent on accurate models for unclosed terms that appear in the averaged equations for mass, momentum and energy conservation. In the multifluid theory, the second moment of particle velocity represents the strength of particle velocity fluctuations and is known to play an important role in the prediction of core-annular flow structure in risers (Hrenya and Sinclair, AIChEJ, 43 (4) (1994) [5]). In homogeneous suspensions the evolution of the second velocity moment is governed by the particle acceleration-velocity covariance. Therefore, fluctuations in the hydrodynamic force experienced by particles in a gas-solid flow affect the evolution of particle velocity fluctuations, which in turn can affect the mean and variance of the hydrodynamic force. This coupling has been studied in the limit of Stokes flow by Koch and co-workers using a combination of kinetic theory and multipole expansion simulations. For Reynolds numbers beyond the Stokes limit, direct numerical simulation is a promising approach to quantify this coupling. Here we present direct numerical simulation (DNS) results for the evolution of particle granular temperature and particle acceleration variance in freely evolving homogeneous gas-solid suspensions. It is found that simple extension of a class of mean particle acceleration models to their corresponding instantaneous versions does not recover the correlation of particle acceleration with particle velocity. This study motivates the development of better instantaneous particle acceleration models that are able to accurately capture the coupling between particle acceleration and velocity.     

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。     

A NEW CORRELATION FOR THE TRANSPORT DISENGAGING HEIGHT (TDH) OF FLUIDIZED BED

In designing fluidized-bed equipment, it is important to determine the TDH (Transport Disengaging Height) for the dilute-phase zone. Until the present time, the empirical curve developed by Zenz and Weil in 1958 has been widely used. In the present paper, on the basis of the equation for the motion of single particle, methods for calculating gas velocity, particle velocity, and particle stagnation time and rising height in gas-solid flow, have been developed through theoretical analysis, resulting in an eight-parameter expression, Eq. (14), for computing TDH. This equation, which contains more parameters than those in any previous work, gives closer fit to experimental results, and is thus recommended for design.     

PARTICLE FLOW PATTERNS IN THE RISER AND DOWNER OF CIRCULATING FLUIDIZED BED

This paper presents an experimental study on the flow patterns of FCC particles in a 140 mm ID Circulating Fluidized Bed with concurrent upflow and downflow gas-solid suspension. Based on the distribution of local particle velocity and particle concentration measured by a Fiber-Optical Probe Laser Doppler Velocimeter and a Fiber Optical Probe System respectively, the different flow patterns of local particls concentration, local particle velocity, local particle fluctuating velocity and sectionally average particle velocity in concurrent upflow and downflow gas-solid system have been investigated. It is found that the particle flow in the concurrent downflow is much more uniform radially than that in the concurrent upflow riser. The investigation of flow patterns in different flow systems is of significance to the development of a new gas-solid reactor.     

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。