三维循环流化床气化炉气固流动全回路模拟

基于欧拉双流体模型和颗粒流动理论对实验室规模的循环流化床气化炉进行了全三维模拟,考察了炉内压力和固体颗粒的分布特征,并进一步比较了操作条件对炉内气固两相循环流动的影响差异。模拟结果表明:提升管内呈上稀下浓的颗粒分布,径向处存在边壁浓中心稀的环合结构,下降管内能够形成堆积较为密实的料封,模拟得到的系统压力环路与试验值较吻合。藏量、粒径和入口气速均会影响炉内的固体颗粒浓度和压力分布,合适的粒径和入口气速条件与颗粒终端速度的匹配是影响炉内稳定循环流化的关键因素。     

循环流化床气固两相流动数值模拟的研究进展

对循环流化床气固两相流动数值模拟的研究进展进行介绍,包括传统的欧拉双流体模型、基于颗粒动力学理论的双流体模型、基于拉格朗日坐标系下的颗粒轨道模型、能量最小多尺度模型和小室模型,并对上述模型的原理、发展和优缺点进行了描述。     

循环流化床锅炉数值模拟研究进展

对国内外研究者在CFB锅炉气固流动特性、炉内燃烧及污染物排放特性等不同实际问题开展的数值模拟研究进行了总结,主要对气固两相流、传热、煤颗粒燃烧和S、N污染物生成与控制几个部分的数值模型进行归纳整理,并将各部分模型与煤粉锅炉数值模型进行了比较.此外,从锅炉冷态数值模拟时的气固流动特性和热态数值模拟时的燃烧和污染物排放特性...     

基于连续方法的气固循环流化床全回路模拟及稳定性分析

相比对单个操作单元的模拟，气固循环流化床的全回路模拟能全面揭示各单元之间的联系、诊断操作突变等现象，对实际工业生产更具指导意义。本研究在连续介质模型结合颗粒动理论的框架下，对一套虚拟过程工程(VPE)的气固循环流化床装置进行了全回路模拟和稳定性分析。模拟发现了提升管中的颗粒浓度及压降发生大幅度的周期性震荡现象，两种完全不同的操作状态，即稀相输送和浓相输送，交替式地出现。为分析该现象产生的原因，考察了模型因素(主要是气固相间曳力)和操作因素(颗粒藏料量和提升管表观气速)对周期性震荡现象的影响。研究发现，将考虑非均匀结构影响的曳力替换成均匀曳力，仍不能消除周期震荡现象，其颗粒输送返回装置(Loop-seal)压头不足以保证颗粒从下降管平稳输送到提升管，而降低气速和增大藏料量都有利于颗粒循环输送的稳定性，防止“窜气”现象的发生。结合上述现象，进一步聚焦影响颗粒输送的关键点，即Loop-seal气动阀，采用引入虚拟阀门的方式提高Loop-seal输送管中的输送阻力，从而有效改进了全回路模拟的稳定性，其预测得到的提升管轴向压降分布与实验值基本吻合。     

气固下行流化床反应器：Ⅳ.气,固流动模型

综述了循环流化床提升管和下行管气固两相流动模型研究的现状在对这些模型分类评述的基础上，给出了可用于描述下行管反应流动规律的一维两相和地维两相流动模型，为下行管反应器的设计，放在提供了理论依据。     

流化床气固流动二维数值模拟

为了获得流化床中床层在不同气速下的流动特性,根据某一生物质发电厂中的HX220/9.8-IV1型纯烧生物质的循环流化床锅炉进行二维建模,通过FLUENT软件对床层冷态流态化进行二维数值模拟,调整一二次风入口风速以获得不同的表观气速,得到了鼓泡床、湍动床以及快速床的气固流动状态,并在快速床的基础上模拟了床层在气流作用下的稀相输送状态。模拟结果清晰展示了各个状态下的床层颗粒的分布情况。     

液固循环流化床两相流动模型

引　言流化床换热器具有防、除垢和强化传热等优点 ,在化工、食品、海水淡化、废水处理等领域具有广阔的应用前景[1].目前 ,流化床换热器历经散式流化床、内循环流化床 ,已发展到外循环流化床换热器[2 ],它要求在较稀的颗粒浓度 (颗粒浓度小于 5% )、较高的流速 ( 1～ 3ｍ·ｓ- 1)下操作 .流化床换热器中液体流动及颗粒运动状态的研究对流化床换热器的设计和操作具有重要意义 ,但人们对循环流化床换热器中颗粒运动情况的研究还很缺乏 .考虑到循环流化床换热器中的每根换热管都可作为一个独立的循环流化床对待[3].本文试图建立一滑移速度模型…     

循环流化床换热器中液固二相流的数值模拟

在循环流化床换热器的流体中加入固体粒子,可以对边界层有扰动作用,加快换热器中的传质与传热.对流化床换热器中的液固二相进行数值模拟,分别讨论了固体粒子对液体动量方程、k-ε方程及能量方程的影响,在单液相方程的基础上进行修正,建立了相应的液固二相流控制方程,确定了物理模型及边界条件.利用FLUENT进行数值计算,分别讨论了...     

循环流化床气固流动行为的数值模拟

采用欧拉-欧拉双流体模型,在Fluent数值模拟平台上对循环湍动流化床进行了研究。采用Gidaspow模型分段描述密相湍动和稀相循环输送区气固的相互作用,考察了反应器内压力、颗粒浓度等气固湍动特性参数的变化。CFD的模拟结果表明反应器中压力分布较为均匀;固体颗粒相和气体相间隙成絮状分布,在轴向中心区域颗粒浓度分布较为均匀;边壁区域颗粒浓度变化较大,存在强烈的气固相互作用。     

循环流化床下料管中气固流动的实验研究I—颗粒流动

在内径１１０ｍｍ的下料管循环流化床中，采用ＦＣＣ（流化床催化裂化催化剂）、硅胶球颗粒时，对下料管中颗粒局部速度、局部浓度的测量基础上，研究了床层截面平均颗粒浓度，截面平均颗粒速度的轴向和径向分布，并回归得到求取床层颗粒浓度的关联式，为气固下行反应器设计开发提供了理论依据。     

网格尺寸对循环流化床内气固两相流动的影响

将基于能量最小多尺度方法(EMMS)的曳力模型耦合到双流体模型中,并针对循环流化床内的气固两流动进行了模拟研究。采用全滑移壁面边界条件处理颗粒相,考察了3种网格尺度对轴向空隙率和出口颗粒循环量等气固流动特性的影响。计算结果表明,应用EMMS曳力模型处理相间作用力,同时在采用全滑移壁面边界条件处理颗粒相时,双流体模型能够正确预测轴向空隙率分布。采用网格尺寸为2.325 mm×20 mm时,模拟结果和实测数据吻合较好,表明在循环流化床的数值模拟中选择恰当的网格尺度是极为重要的。     

循环流化床U型回料阀的特性

实验对循环流化床物料回送系统的关键部件——U型回料阀的工作特性进行了研究,具体研究了系统中循环流率与主床流化风速和松动风量的关系,以及通过改变U型阀横段开口尺寸,研究横段结构特征对U型阀返料特性的影响。当主床流化风速不变时,随着松动风量的增加,循环流率先线性增大,然后基本保持恒定;当松动风量一定时,系统的最大循环流率与主床流化风速基本为线性关系;实验中得出最佳孔口面积约为料腿截面面积的25%。     

不同充气条件下密相输运床返料系统气固流动数值模拟

采用计算颗粒流体力学对密相输运床返料系统内的气固流动行为进行了数值模拟,分析了曳力模型和颗粒最大堆积浓度等参数对模拟结果的影响,确定了合适的模型参数。通过对比3组工况的模拟结果,获得了与实验结果基本一致的立管压力分布和固体循环流率随充气条件的变化规律,并分析了立管内压力梯度分布、气体流动方向、颗粒浓度分布等。结果表明立管充气口处压力梯度绝对值为局部最大值;当立管充气口气量为零时,会使充气口上方一段距离的压力梯度绝对值较小;充气量增大到一定值时会在充气口附近形成明显的气泡。当缺少立管高位充气时,会导致立管下部区域形成大的压力梯度,增加颗粒下落阻力。充气松动颗粒的作用仅对充气口附近区域有一定影响,更大的作用是在立管内形成均匀的压力梯度分布,使立管内气固流动状态保持上下一致。在制定充气方案时,应根据固体循环流率确定立管压降,补充合适气体量以维持气体下行速度均衡,使得各段的平均压力梯度相同。     

提升管中气固两相流动行为的相似特性

在15.1 m高循环流化床实验装置上对提升管内的轴向压力梯度、局部颗粒浓度和颗粒速度进行了较系统的实验测试,研究了提升管中气固两相流充分发展段在不同操作条件下流动行为的相似特性.结果表明,在(G_s /ρ_p)^1.2/U^2.0_g相近的操作条件下,上行气固两相流充分发展段的颗粒浓度、下降颗粒时均速度、絮状物颗粒浓度和出现频率在空间的分布特征基本相同.对于同一提升管内的同一气固两相流系统,只要表观气速和颗粒循环速率按(G_s /ρ_p)^1.2/U^2.0_g同步变化,不同操作条件下的上行气固两相流在充分发展段就具有相似的宏观和微观流动行为.     

Effect of process parameters on circulating fluidized bed coal gasification using 3D full-loop CFD simulation

This article presents a 3D full-loop computational fluid dynamics (CFD) simulation of a circulating fluidized bed gasifier (CFBG). The simulation results are validated against the experimental data and found to be in good agreement. Thereupon, the effect of the process parameters, ie, temperature, pressure, air/coal (A/C) ratio, and steam/coal (S/C) ratio, on the performance of the gasifier is analyzed. The effect of temperature on the hydrodynamics was found to be small. The CO and H₂ increase, whereas the CO₂ and H₂O decrease with an increase in temperature. While the effect of pressure on the outlet species mole fraction is negligible, the gas and solid axial velocity decrease with an increase in pressure. With an increasing A/C ratio or decreasing S/C ratio, the combustion products (CO₂ and H₂O) increase, whereas the gasification products (CO and H₂) decrease due to the increase in the O₂ concentration. In addition, temperature increases with an increase in the A/C ratio or a decrease in the S/C ratio. The feed velocity increases with an increasing A/C or S/C ratio, and, accordingly, the pressure increases and bed height decreases. The CH₄ decreases in all of the cases as it is being consumed in gasification as well as combustion reactions.     

循环流化床回流物料循环的特性

为了研究循环物料在流化床内回流并参与循环的过程,进一步揭示流化床内物料的循环特性,文中搭建了冷态循环流化床顶部回流试验台。利用激光多普勒粒子动态分析仪(PDA)对塔内颗粒回流时床内气固二相流场和颗粒浓度分布进行了测量。同时对物料回流量和床内表观气速等操作条件对回流过程的影响进行了考察。研究表明,回流颗粒在流化床内的返混可以分为3个区域:回流区、返混加速区和主流区,回流颗粒造成床内流场的不均匀性。回流长度主要受物料回流量和床内表观气速影响。     

气固流化床内费托铁基催化剂的流化特性

为研究费托(Fischer?Tropsch, FT)催化剂在气固流化床内的流动过程,分析了催化剂的主要物性参数,在不同直径流化床内测量了各表观气速下FT催化剂的流动特性,并与广泛应用的流化催化裂化(Fluid Catalytic Cracking, FCC)催化剂的流态化行为进行了对比。结果表明,同为A类颗粒,相较于FCC催化剂,由于FT催化剂的休止角较小(约为FCC催化剂的75%),其临界流化速度较小、床层膨胀高度和气节高度较小;两种催化剂在流化床内流化过程基本相似,随表观气速增大依次出现膨胀、鼓泡、湍动等流型,但各流型转变时的临界速度差异较大。催化剂物性参数对流化特性影响较大,FT催化剂在各阶段流化过程均相对稳定,有利于催化剂在流化床内均匀分布,其气固接触效果优于FCC催化剂;不同催化剂床层高径比下气节高度变化的转折点与流型存在对应关系,可将气节高度随表观气速的变化关系作为判断湍动流化区内流型临界速度的依据。     

Geldart A类颗粒节涌床气固流动特性的实验及模拟

针对气固节涌床,在实验基础上,基于欧拉?欧拉双流体模型结合颗粒动力学理论,考虑Geldart A类颗粒聚团对气固间曳力的影响,采用修正后的Gidaspow曳力模型对气固节涌床进行数值模拟。结果表明,通过与实验结果及经验公式进行对比,修正的模型可准确合理地模拟流化床内节涌特性。表观气速0.09 m/s≤Ug≤0.39 m/s时,床层内部压力脉动标准偏差随表观气速增加而增加,流型由鼓泡转变为节涌直至节涌程度最大,床内气固流动主要受轴对称栓运动特性影响,床内压降、床层膨胀比、气栓平均上升速度、最大轴对称栓长度随表观气速增加而增加,最大轴对称栓产生位置随表观气速增加而降低;Ug>0.39 m/s后,床内压力脉动标准偏差随表观气速增加而降低,节涌程度降低至向湍动流态化流型转变,床内气固流动主要受壁面栓运动特性影响,增加表观气速,节涌床内压降变化幅度较小,气栓平均上升速度增加幅度加大,床层膨胀比及最大轴对称栓长度降低,最大轴对称栓产生的位置略有升高。