不同射流孔数流化床流动特性的数值模拟

为研究不同射流孔数对流化床流动特性的影响,采用离散单元法对床内流动特性进行了数值模拟,分别模拟得到单孔、双孔分布板中气泡的形成、上升、破裂的过程,同时给出了不同入射流速对流动特性的影响.模拟结果表明:颗粒随气体的运动而运动,气体运动是颗粒运动的主要动力源,相对单喷口系统,由于相邻气泡之间存在横向和纵向双方向的聚并,挤压...     

流化床气化炉气固两相流三维数值模拟

为了研究流化床内气固两相的流动特性,阐述了应用CFD软件Fluent进行流化床内气固两相流数值模拟的计算模型及数值方法,数值模拟选用双流体模型结合颗粒动力学进行流化床内三维的气固两相流模拟,并对数值模拟结果进行了分析.模拟结果表明,该计算模型能够研究流化床初始流化过程,分析某一瞬时颗粒轴向、径向固含率及速度场分布,研究单个气泡周围颗粒速度矢量.     

流化床轴径向混合特性的数值研究

结合离散单元法模拟,引入Ashton混合指数动态跟踪流化床内物料混合进程。颗粒速度分布和气固流动特性分析显示,内部颗粒循环尺度是影响床内混合方式的重要因素。气泡以轴向上升运动为主,加之颗粒自重作用,床内颗粒循环贯穿整个床层高度,颗粒能够实现快速整体混合,轴向具有明显的对流混合特征;另一方面,气泡径向运动彼此约束,内部颗粒循环径向呈现区域化分布,不同区域间的颗粒横向运动受到抑制,以扩散混合为主;相同条件下,轴向混合速度是径向混合速度的3.5倍。模拟所得混合时间尺度与颗粒速度在量值上与相关文献试验结果具有良好的一致性。     

L型定向风帽流化床中气-固流动的离散元素法模拟及可视化研究

该文采用离散元素法DEM模型对二维L型定向风帽流化床中的气一固流动特性进行模拟。欧拉方法与拉格朗日方法分别用来处理气相场与离散的颗粒场。气相流动通过求解局部平均Navier—Stokes方程获得，通过求解牛顿第二定律得到颗粒的运动，同时考虑颗粒之间的碰撞。模拟结果表明，在L型定向风帽流化床中，颗粒存在顺时针方向的循环流动，因此床料的横向混合特性较好。通过可视化试验观察到：气泡离开风帽后，在向上运动过程中有横向的偏移，因此气泡尾涡中的颗粒也跟随气泡做横向的偏移。这是影响L型定向风帽流化床中颗粒内循环的主要因素。     

超低浓度煤层气在流化床燃烧过程中相间的传热传质特性

气泡相和乳化相间的传热传质对超低浓度煤层气在流化床中的燃烧有重要的影响。基于流化床内能量平衡和质量平衡的建立了数学模型,结合催化动力学实验,研究了相间传热传质系数的变化,分析了床层温度、颗粒粒径、气泡直径、进气甲烷浓度对相间的传热传质特性的影响。研究表明:床层温度、颗粒粒径增加时,传热系数减小、传质系数增大、出口处无量纲甲烷浓度减小;存在一个临界气泡尺寸使相间的传热系数最大,颗粒粒径增大时,临界气泡尺寸略减小、出口处无量纲甲烷浓度增加;进气甲烷浓度对传热传质系数影响较小。     

基于欧拉-欧拉模型的气固鼓泡床数值模拟研究

通过基于颗粒动力学的双流体模型对气固流化床进行了数值模拟,分析考察了不同曳力模型、颗粒弹性恢复系数及计算时间步长等对床内混合及气泡的影响.数值计算结果表明:采用不同气固曳力模型会得到不同的气泡直径大小;对于同一曳力模型,随着颗粒弹性恢复系数的增加,床内流态化程度会加剧,计算时间步长增加,计算所得床内气泡直径略有减小.     

流化床内颗粒碰撞传热的理论研究

流化床内颗粒碰撞传热对床内传热规律具有重要影响。在分析颗粒碰撞传热机理的基础上，建立了一个新的颗粒碰撞传热理论模型，该模型综合考虑了固体颗粒内部导热热阻及颗粒间接触热阻对颗粒碰撞传热的影响。利用该模型及离散元素方法（DEM），对流化床内床层与壁面的碰撞传热系数在颗粒层次上进行了模拟，模拟结果与Syamlal等人采用颗粒相拟流体模型的计算结果以及Ozkaynak等人的实验结果相一致。但与Syamlal等人所用模型相比，该文模型所需主观假设较少。     

双支腿流化床颗粒压力脉动及翻床现象数值模拟

采用欧拉-欧拉模型,对双支腿流化床内颗粒压力脉动及翻床现象进行仿真模拟,利用功率谱密度和小波分析方法对数据进行分析,结果表明:双支腿流化床内颗粒产生压力脉动主要原因是气泡的生成破裂及两侧床腿内颗粒相互;运行过程中由于两侧床内压差不同使颗粒横向流动导致两侧床内颗粒浓度不同;在不进行主动调节,单侧床内颗粒浓度随时间的积累逐渐增大最后产生翻床现象;利用功率谱和小波分析揭示了颗粒压力脉动的低频特性。     

流化床内沉浸管磨损特性的理论预测

基于气固两相双流体模型和颗粒动力学方法模拟流化床内气体和颗粒流动特性，采用单层能量耗散磨损模型模拟沉浸管的磨损率和亚网格尺度模型(SGS)模拟气相湍流流动，同时应用贴体坐标系使计算网格与沉浸管表面相吻合。模拟计算得到了沉浸管的瞬时磨损率和时均磨损率。数值模拟流化床内气固两相流体动力行为和沉浸管磨损特性。模拟计算结果表明沉浸管磨损受气泡尾涡及颗粒运动的直接影响。分析了沿沉浸管环向时均磨损率的变化规律。当沉浸管横向相对节距为2.0~3.0时磨损率达最大。数值模拟得到的流化床内构件磨损率与前人的实验结果和数值模拟相吻合。     

图像法用于气-固两相流化床中气泡行为的研究

利用高速CCD拍摄气一固两相流化床中气泡的运动行为,通过对气泡边界的识别得到了气泡中心坐标,并计算了气泡面积和上升速度。试验发现,气泡在床层上升过程中长大,上升速度变快;气泡的上升速度和产生频率随着气体流量的增加而增大;如果流化风速较高,流化床中容易产生2个或2个以上的气泡,并会发生气泡的聚并现象。     

GIS中不均匀直流电场下球状自由导电微粒运动分析

针对气体绝缘系统(GIS)中自由导电微粒无害化的问题,研究导电微粒在GIS中不均匀电场作用下的运动规律,建立球状自由导电微粒在楔形不均匀电极系统中的受力模型,采用Runge-Kutta方法对微粒运动方程进行求解,并对球状自由导电微粒在不均匀直流电场中的运动轨迹进行仿真,同时考虑电压波动和电极表面粗糙等随机因素对微粒运动轨迹的影响。另外,研究了自由导电微粒的运动轨迹与施加电压、微粒初始位置、微粒和电极材料的性质及电极表面状况的关系。研究结果表明:在一定的电场条件下,微粒运动会处于一种谐振状态,而施加电压的幅值、波形以及电极表面的反射系数对微粒运动轨迹有显著影响     

Electric Field Effects on the Equilibrium and Small Signal Stabilization of Electrofluidized Beds

A continuum analysis is developed of electric field coupling to a charge-free fluidized bed of polarizable particles, with the electric field at an arbitrary angle to the gas flow. The electric force density and stress tensor is derived from the principle of virtual work and includes polarization and electrostriction forces but neglects Coulombic free charge forces. Effective medium theory for various particle structures derives the effective bed permittivity as a function of particle voidage and is used with the energy method to derive the electric. force density acting on the particles. Necessary force-free boundary conditions at the top free surface of the bed are developed. A linear stability analysis is used to find the conditions for electric field stabilization. Experiments with Rochelle salt show elimination of bubbling with collinear electric field and flow but never complete stabilization with crossed field and flow as predicted by the analysis. There is qualitative agreement between the stability analysis and measurements. Numerical differences are attributed to particle viscosity, which was not included in the fluid model.     

内旋流流化床床内颗粒运动特性的试验研究

流化床床内颗粒的大规模循环不仅可以加剧了颗粒横向扩散,提高燃烬速率,实现燃烧的均匀性和稳定性,还将有利于促使不燃物质的定向移动排出炉外。文中采用冷态硫化床装置,应用分层取样技术对微倾斜布风板实现流化床内不均匀布风,床内物料混合与分层特性进行了系统的试验,研究床内颗粒扩散的动态特性和流化风速,颗粒密度以及颗粒粒度等因素对流化床内分层的影响,并通过求解扩散方程来分析布风不均匀性和布风倾角对风板附近物料扩散的影响。研究表明：增大流化风速和布风板倾角能够强化颗粒的横向扩散和流化床的内旋流程度,对大而重的颗粒存在一个最佳速度比,既能实现床内旋流又有防止颗粒的严重分层,并针对低风速区的分层现象,提出了一个关联式,该式的计算值与实验值吻合较好。     

气固两相流横掠圆管传热的研究

本文根据气固两相流横掠圆管的传热机理，建立了能综合考虑颗粒运动轨迹、颗粒与壁面的碰撞频率、碰撞角度、颗粒在壁面停留时间、颗粒与壁面接触面积、固体颗粒浓度、颗粒粒度、圆管位置、烟气流速和温度等因素对气固两相流传热影响的两维数学模型。模型通过对流场和颗粒场的计算可较好地模拟气固两相流传热过程的复杂性和随机性，模型计算结果与实验相吻合。本模型可为工程应用提供较可靠的计算方法。     

循环流化床锅炉炉内颗粒分布平衡模型

在对循环流化床锅炉炉内颗粒特性分析的基础上,提出同时以颗径和密度两参数来描述炉内颗粒特性。结合循环流化床锅炉特殊的炉内流体动力特性,建立了包括炉膛密相区和稀相区在内的循环流化床锅炉炉内宽筛分的颗粒分布模型,其中密相区假设为浓度分布均匀的湍流床,而稀相区则为和核心-边壁区的流动结构。模型同时耦合炉内颗粒所经历的爆裂、燃烧、磨损及气固分离等物理和化学过程。应用以所建的颗粒分布平衡模型为子模型的循环流化床唤炉总体数学模型模拟了一台12MW循环流化床锅炉燃用烟煤时满负荷运行的工况。计算时把炉内颗粒分为70档,其中颗粒粒径在0～8mm之间分为10档,密度在1100～2400kg/m∧3之间分为7档,模拟计算所得的炉内颗粒分布合理正确,与试验研究研究结果吻合良好,表明所建立的颗粒分布模型可以用来描述循环流化床锅炉炉内颗粒分布特性。     

剖面二维水沙数学模型及其初步应用

本文运用SIMPLE算法,考虑自由表面情况,建立了剖面二维水流泥沙数学模型.文中系统地介绍了自由水面网格自动调整、SIMPLE算法在剖面二维水沙运动模拟方面的应用等关键技术,提出了相应的水沙近底边界条件,实现了水流运动的动态显示,并将模型初步应用于小浪底水库坝前剖面水沙运动的模拟.     

Study of Conditions of Binary Particle Mixture Motion Applied to Chemical Looping Combustion of Fuel with Carbon Dioxide Capture

Chemical looping combustion and gasification of fuels with using metal oxides as oxygen carriers is a rapidly developing technology for capturing carbon dioxide. This technology is based on the use of interconnected reactors with a fluidized bed and circulating fluidized bed. Crucial in the technology is the reliable security of a high solid circulation rate between the reactors to maintain the desired temperature. When burning solid fuels, ash particles inevitably enter the metal oxide stream. This can lead to a change in the hydrodynamic parameters of an interconnected reactor system. In this paper, we present the results of an experimental study of fluidization conditions and hydrodynamics of a reactor with a circulating fluidized bed under motion conditions of binary mixtures of particles with different density. We also justified the conditions for simulating the particle sizes of heavy and light fractions as well as their mass in the reactor and a portion of a light fraction. We showed that, at a small addition of a light fraction, the minimum fluidization rate decreases markedly. Particle segregation was observed for large metal oxide particles, while light particles were found to be near the layer surface. The addition of a light fraction with a mass fraction of 3–12% does not significantly affect the mass flow profile of particles in a circulating fluidized bed reactor. The fractional composition of the particles in both the upward flow in the center and the downward stream near the walls of reactor is approximately the same. In the central part of the riser, the concentration of the light fraction was found to be slightly higher than its average value. The obtained results support the possibility of using the previously developed dependences for the calculation of hydrodynamics under motion conditions of binary mixtures of particles of different densities in the presence of a light fraction of 3–12%.