基于CFD-DEM的湿颗粒气力输送数值模拟

【目的】为了探索水平管中湿颗粒气力输送的内在机制,开发液桥轮廓由凸到凹的液桥力模型,实现对颗粒含水率的精准调控,分析不同含水率颗粒在输送过程中的动力学特性变化规律。【方法】采用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)和离散元法(discrete element method, DEM)双向耦合的数值模拟方法,通过对弯头外侧中心线的颗粒速度分析对比,验证数值模型的正确性以及网格的无关性。【结果】干颗粒沉降在管道底部,表现为管底流的运动状态,湿颗粒因液桥力的作用而形成紧密的颗粒团块,以单粒子和颗粒团2种形式进行运动,并且颗粒含水率越大,颗粒团聚现象越严重;湿颗粒的输送速度明显比干颗粒低,且随着颗粒含水率的增加,颗粒的平均输送速度呈下降趋势。【结论】相对于干颗粒输送,湿颗粒输送流动性更弱、输送效率更低以及能耗更高,在实际工业应用中,应当对湿颗粒进行前处理,以便于气力输送的无故障进行。     

固相颗粒粒径对浆体流变特性影响的实验研究

为研究固相颗粒粒径大小对冰浆类固液两相流流变特性的影响,本文选用三种平均粒径分别为0.31、0.43和0.51 mm的聚乙烯颗粒(密度约为0.922 g/cm3)作为固相,改变混合浆体的流速及固相质量分数,测量浆体在水平圆管内流动的压降值,根据剪切应力与剪切速率的关系,确定了分段拟合流变方程的方法,分析了固相颗粒粒径大...     

采出液中固相颗粒对三相分离器性能的影响

为研究采出液中固相颗粒对气液固三相分离器性能的影响,基于计算流体力学软件Fluent,模拟分析三元驱采出液内所含的固相颗粒粒度及含量变化对三相分离旋流器处理固相体积分数分布、速度场和除砂分离效果的影响。结果表明:入口固相颗粒粒度变化对其径向速度影响较大,呈线性影响关系,颗粒粒径越大,流向旋流器器壁的径向速度越大,粒径不同对切向速度和轴向速度影响较小;固相含量增加,旋流器固相质量分离效率呈先增大后减小的趋势。     

加压循环流化床气固流动特性冷态试验

利用提升管直径为300 mm、高度为8 700 mm的加压循环流化床冷态试验台,以平均粒径为0.347 mm、堆积密度为1 435 kg/m~3的石英砂为床料,考查不同压力(0.1~0.5 MPa)、不同返料器、提升管顶部凸头结构对提升管内气固流动特性的影响。结果表明:加压条件下,提升管内的表观颗粒体积分数呈上小下大分布,随表观气速的增加逐渐趋于均匀分布;床料量和表观气速一定的情况下,增加压力可显著增大提升管上部的表观颗粒体积分数;采用Φ150和Φ200返料器均可建立正常的物料循环过程,改变返料器的直径并未改变提升管内的表观颗粒体积分数分布;提升管顶部采用凸头结构可增大提升管顶部的表观颗粒体积分数。     

基于DEM模拟液固流化床粒度级配对颗粒流动特性的影响

采用离散单元方法(DEM)对三维液固流化床进行数值模拟。考虑润滑力的作用,对比二元混合、窄级配和宽级配3种粒度级配方式对颗粒分布、速度、温度波动和混合程度的影响。分析结果表明:大颗粒有向床层下部运动的趋势,而小颗粒则有向床层上部聚集的趋势;与窄级配相比,二元混合和宽级配的轴向速度在不同高度上差异较明显,且颗粒温度波动也较小,颗粒更加容易出现偏析;2种颗粒粒径差距越大,越容易分离,而粒径越接近,越难分离,混合程度越好。     

固液密度比对PMMA/HDPE悬浮液粘度的影响

固液密度比是影响悬浮液粘度的重要参数,准确预测悬浮液的粘度对材料分选具有重要意义.本工作基于实验方法,采用不同密度的PM-MA/HDPE颗粒组成两种悬浮液,研究了固液密度比对悬浮液粘度的影响.结果表明:在相同固体体积分数下,悬浮液的粘度随固液密度比的增加而降低;在不同固液密度比下,低固体体积分数下悬浮液的粘度增长速度低于高固体体积分数下的粘度增长速度;颗粒粒径越小,悬浮液的粘度随固液密度比的增加降低得越快.在实验条件范围内,对PMMA/HDPE两种悬浮液分别采用Batchelor模型和Leighton模型,建立了相应的修正模型,并验证修正模型的准确性.     

水预湿被爆体降低爆破粉尘机理研究

通过对气流中单个尘粒的运动分析,指出降低爆尘的有效方法是增大粒径.通过对尘流中尘粒受力的分析,得出在干燥环境下作用在尘粒上的主作用力是范德华力;在湿润情况下作用在尘粒上的主作用力是液桥力的结论.指出水预湿被爆体降尘法的机理是:尘粒间的液桥力促使润湿尘流中的尘粒变大,变大的尘粒迅速下降,从而实现降低爆尘目的.     

层流状态下纳米流体的对流传热特性

通过数值模拟的方法研究了层流状态下雷诺数、体积分数、颗粒和基液种类以及颗粒粒径对纳米流体对流传热特性的影响。研究结果表明,纳米流体的对流传热系数明显高于基液,并且与基液和颗粒的性质、颗粒的体积分数及颗粒粒径密切相关。纳米流体的对流传热系数随着颗粒和基液热导率的增加、颗粒体积分数的增加以及颗粒粒径的减小而增大。研究发现,对于一定体积分数的Cu-水纳米流体,在层流状态下对流传热系数的提高程度基本保持一致,与雷诺数大小无关。     

周期边界条件下垂直螺旋输送机颗粒流数值模拟

采用离散单元法对垂直螺旋输送机中颗粒流动进行模拟计算,提出运用周期边界条件解决垂直螺旋输送机中计算效率问题,选用全尺寸模型和应用了周期边界条件的周期模型2种计算模型,计算得到2种模型中颗粒的流动特征,包括颗粒运动形态、正向接触力的力链网络和轴向速度的大小及其概率密度分布,讨论输送机在结构、颗粒流动形态、正向接触力的力链网络和轴向速度上的周期性。结果表明:2种模型在填充率较大且转速为300~1 700 r/min时模拟的颗粒流动特征一致;在一些工况中应用周期边界条件的仿真模型可以用来探寻垂直螺旋输送机中颗粒流动特征。     

煤粉气-固两相流的超声衰减特性

以颗粒相在整个检测空间内均匀分布为前提,采用McClements理论和Bouguer-Lambert-Beer定律共同描述煤粉气-固两相流中超声衰减特性,建立超声衰减系数与气-固两相流相关参数的理论关系,通过数值模拟,分析超声衰减随着颗粒相体积分数、超声频率、颗粒粒径变化的规律。结果表明,超声频率越高衰减系数越大;声衰减系数随着颗粒相体积分数的增大线性递增;选用某固定频率检测,测得2个体积分数下的声衰减系数即可确定衰减-体积分数曲线斜率,从而实现任意衰减系数对应的颗粒相体积分数测量;在相同的体积分数下,煤粉颗粒粒径为10～200μm,声衰减系数随着颗粒粒径的增大单调递减,当煤粉颗粒粒径大于200μm时,声衰减系数对煤粉颗粒粒径不再敏感。     

电子玻璃粉体颗粒特性与造粒工艺参数的关系

将喷雾干燥法造粒应用于电子玻璃产品的生产中,采用压力式喷雾干燥法对电子玻璃浆料进行喷雾干燥造粒,研究了喷雾干燥的压力、喷嘴孔径大小、浆料的液固比和粘结剂的含量与造粒后的粉体颗粒粒径分布的关系。研究表明,含固量越高,黏度越大,平均粒径明显增大;喷雾压力适中,喷嘴孔径为0.7 mm时,可得到流动性良好,松密度适中的干燥物体。     

气举用振荡脉冲射流破碎器的研究

本文着重研究了气举用振荡脉冲射流破碎器在淹没条件下的动态特性、冲蚀特性和现场试验情况。实验表明在淹没条件下振荡脉冲射流不仅具有强烈的动态脉动冲击特性，而且具有波动的径向流动（附壁流动）。在相同条件下振荡压力能破碎连续射流所不能破坏的土岩，而且能产生波动上举力；波动的径向流动使作用在破碎的土岩颗粒上的升力增大，使作用在土岩颗粒上的上举力大于压持力，导致土岩颗粒易于流动。在气举上使用脉冲射流喷嘴，其轴吸浓度稳定，提取的固液混合液浓度比采用连续射流喷嘴时的大。     

稳涡器提升旋风分离器性能的流场分析

为了提高旋风分离器分离效率,采用实验和CFD模拟相结合的方法,研究稳涡器的轴向位置对旋风分离器气固两相流动特性和分离性能的影响,探讨稳涡器抑制颗粒返混逃逸机制的形成。结果表明:稳涡器的设置降低轴线附近气流的轴向速度,加深气流的滞流程度,抑制颗粒的返混和逃逸,强化返混颗粒的二次分离作用,提高颗粒的分离效率;稳涡器轴向位置较高时,排尘口截面的通流面积小,下行气流阻力大,运行压降大;当稳涡器顶部与排尘口等高时,轴线附近的轴向速度降幅最大,返混逃逸颗粒数量减少25%～50%,分离效率最高。     

添加TiO2纳米颗粒和分散剂的相变流体粘度实验研究

选定质量分数为30%的烃类相变流体作为基液,采用"两步法"配制了多种添加纳米颗粒(TiO_2)及分散剂(SDBS十二烷基苯磺酸钠)的相变流体,测试分析了纳米颗粒质量分数、粒径及分散剂质量分数对相变流体粘度的影响。结果表明,相同温度下,纳米颗粒质量分数越大,纳米颗粒粒径越大,相变流体粘度越大。而相变流体粘度随分散剂质量分数增大呈先减小后增大的趋势,当分散剂质量分数为0.1%时,相变流体粘度达到最小。     

二元气-固流化系统临界流化速度的研究

在直径为4cm的有机玻璃流化床中,对由不同尺寸和质量分数的铁矿石和煤颗粒组成的二元气-固流态化系统进行了流化特征的实验研究,得到了该系统的流化特性曲线,给出了临界流化速度和二元系统混合颗粒平均直径之间的关系,用该关系式对临界流化速度进行了预测,并且将预测值和实验值进行了比较。结果表明,当煤颗粒的质量分数为10%时,临界流化速度umf与颗粒直径的平方dm2的关系为umf=0.13dm2+1.2;当煤颗粒的质量分数为20%时,两者的关系变为umf=0.12dm2+1.2,预测值与实验值误差在10%以内。     

垂直激振条件下二元颗粒的能量损耗

为提高振动条件下颗粒体系能量耗散水平,设计二元颗粒阻尼器的悬臂梁振动实验,采用稳态功率流法计算颗粒体系功率损耗,分析垂直激振条件下的二元颗粒体系处于分层和混合状态下的流动形态和能耗水平。结果表明:第2颗粒的引入增加颗粒体系内部的不均匀性,加剧颗粒体系的碰撞和摩擦作用,二元颗粒在分层或者混合情况下,能耗水平均高于一元颗粒;分层时,不同的粒径配比对应不同的能耗水平,粒径比为1. 67时有最优能耗;质量较小的颗粒处于底层或者质量较小的颗粒有更多质量占比时,颗粒体系有更好的能量耗散效果;混合时,颗粒混合程度不影响能量损耗,二元混合颗粒在大振幅和高频率激振条件下相对一元颗粒有更显著的能耗提升效果,较小颗粒最优质量占比随振幅的提高而增大。     

鼓泡床内双组分颗粒流动行为的数值模拟

为了模拟预测粒径和密度同时存在差异的双组分颗粒体系的分级混合行为,基于欧拉-欧拉方法建立多流体模型,采用颗粒动力学理论描述颗粒相性质,分别通过Gidaspow和Syamlal曳力模型描述气-固相曳力和固-固相作用力。结果表明,模拟得到的轴向和径向颗粒浓度分布与实验数据吻合较好;当在较小气流速度下出现分级行为时,床层底部富沉积组分层中沉积组分的运动十分有限,而在较大气流速度下处于完全混合状态时,床层内部颗粒运动较为剧烈。     

废玻璃粉对水泥基材料流动性能的影响

为探究废玻璃粉对水泥胶砂和混凝土2种水泥基材料流动性能的影响,测试在不同废玻璃粉粒径和质量分数条件下水泥胶砂的流动度和屈服应力,研究在不同水胶比条件下废玻璃粉的质量分数对混凝土坍落度的影响。结果表明:随着废玻璃粉粒径和质量分数的增大,水泥胶砂流动度和流动速率皆呈现减小的趋势,而屈服应力逐渐增大;废玻璃粉质量分数为10%时,粒径范围为38～53μm对水泥胶砂流动度的增强效果最好;碎石、卵石混凝土坍落度随着废玻璃粉质量分数的增大而减小,随着水胶比的增大而增大,碎石混凝土的坍落度总体要好于卵石混凝土的;废玻璃粉质量分数为10%、水胶比范围为0.40～0.50时,2种混凝土坍落度达到较优状态。     

气固循环床上行两相流颗粒曳力系数研究

在高16m气-固循环流化废提升管内,通过测定表观气速、颗粒质量流率和不同轴向高度的床层平均颗粒浓度,结合对单颗粒进行受力平衡分析,间接获得了不同轴向位置的颗粒曳力系数。同时通过分析雷诺数、阿基米德数、床层颗粒浓度对颗粒曳力系数的影响,结合实验中所获得的数据,提出颗粒曳力系数的关联式。该关联式考虑颗粒的物性参数、操怍条件对曳力系数所造成的影响,其预测值与本文和文献实验值吻合良好,并且在一维轴向均相模型下较好预测了床层内轴向压力分布。     

倾斜热管湍流床的气固流动特性

为了探明间壁式流化床换热器内热管对气固流动状态的影响,采用欧拉双流体模型,并应用能量最小多尺度(energy minimization multi-scale, EMMS)曳力模型,对可实现2种物性相近催化剂热管间壁换热的湍动流化床流动特性进行模拟研究。结果表明:通过与实验数据进行比较,证明模型是有效的;比较热管对床内固含率轴向分布的影响,发现热管的设置可减小气泡尺寸、有效降低颗粒被夹带量;热管对固含率的影响主要位于热管末端,其仅存在于热管所在区域,且随着径向位置靠近隔板逐渐减小;沿热管轴向存在隔板影响区和主换热区,主换热区随着轴向高度的增加而减小,随着表观气速的增大而增大。