颗粒旋转对鼓泡流化床内气固两相流动特性影响的数值模拟

运用考虑颗粒自旋转流动对颗粒碰撞能量交换和耗散影响的颗粒动理学方法,建立鼓泡流化床气固两相Euler-Euler双流体模型,数值模拟流化床内气体颗粒两相流动特性。分析表明,颗粒平动温度与旋转温度之比是法向和切向颗粒弹性恢复系数和摩擦系数的函数。与不考虑颗粒旋转效应计算结果相比,考虑颗粒旋转效应后床内较容易形成气泡,颗粒自旋转运动将导致床内非均匀结构更明显。并且床层平均空隙率和床层膨胀高度增加,床中心区域颗粒轴向速度提高,床内颗粒平动温度下降。考虑颗粒旋转效应后预测的颗粒轴向速度和颗粒脉动速度与文献实验结果基本吻合。考虑颗粒旋转效应后获得的气泡直径更接近于前人经验关联式。     

三维单旋导向挡板鼓泡流化床内气固流动的CPFD模拟

单旋导向挡板是一种广泛应用于流化床反应器中的横向内构件,研究其对鼓泡流化床内气固流动的影响具有重要意义.采用计算颗粒流体力学(CPFD)方法耦合Igci曳力模型研究带有两层单旋导向挡板的鼓泡流化床内的三维气固流动,并与空筒鼓泡流化床作对比.首先将轴向和径向时均固含率分布的模拟结果和实验数据进行对比,验证了该计算方法的可...     

气固流化床中颗粒分离研究进展

综述了气固流化床有关颗粒分离的研究概况及最新进展。既包括实验研究，又给出模型比较。讨论了不同研究结果之间的差异及存在的不足。指出了在这一领域中应该进一步进行深入研究的课题。     

DSMC-LES方法数值模拟鼓泡流化床内气泡和颗粒流动行为

基于稠密气体分子动力学和气固两相流体动力学,建立流化床稠密气固两相离散颗粒运动-碰撞解耦模型,采用直接模拟蒙特卡罗方法(DSMC)模拟颗粒间的碰撞,采用考虑颗粒脉动流动对气相湍流流动影响的大涡模拟(LES)研究气相湍流,单颗粒运动满足牛顿第二定律,颗粒相和气相相间作用的双向耦合由牛顿第三定律确定.数值模拟流化床中颗粒流动以及气泡的生成、长大和破碎过程,获得颗粒轴向和径向速度的概率密度分布,及颗粒浓度分布.计算结果表明床内气泡的形成造成床内颗粒的循环,使得流化床内颗粒具有不同的轴向和径向脉动速度,颗粒分速度分布近似服从高斯分布.颗粒温度随颗粒浓度增加,达到最大值后,随颗粒浓度增大而下降.流化床颗粒浓度脉动主要是低频部分,高频分量较低,表明在流化床内颗粒浓度脉动频率低,能量高,颗粒浓度脉动主频率为0.4～1.0Hz,其值与Pain et al.获得的颗粒浓度脉动主频率基本吻合.     

气—固流化床颗粒的内循环流动

从多尺度范围考察了气－固流化床内尾涡颗粒流和乳化相颗粒流的运动规律,将分散的尾涡颗粒流和乳化相颗粒流连续介质化,从流变学角度定义了颗粒洗粘度,用流体力学方法建立了内循环流动结构的多尺度,连续介质流模型,较好地揭示了颗粒循环循环流动的规律。实验观测支持模型预测结果。     

气—固流化床反应器内流体力学模拟进展

1前言气－固流化床内多相流体力学模拟，是将流体流动、传递特性、化学反应理论与机理实验、反应回的开发和放大相结合，对模拟的基木方程组、教学模型、数值方法和计算程序等用计8机来进行综合分析的过程，旨在为此类反应器的开发与放大提供必要的理论依据。其优点在于：（1）用模拟方法在计算机上进行试验可以节省大量的人力和物力的投人，比实际控量上进行试验更加迅速、经济Z（2）基于质量、动量、能量三大守恒定律的多相民体力学机型，外推容易，可以增加放大信我，使小试结果放大为工业生产注置的周用大大约怄；（3）采用流体力学模…     

提升管内气固流动行为的数值模拟

应用计算流体力学软件Fluent,对空气为连续相、固相为催化裂化反应催化剂的循环流化床提升管内的气固流动行为进行模拟。采用用户自定义函数引入颗粒与壁面的恢复系数和颗粒的镜面反射系数,对颗粒在边壁处的部分滑移运动进行描述。采用不同的计算动力学模型及参数,数值模拟了径向颗粒浓度、轴向床层压降的空间分布,以及用以描述颗粒脉动动能的颗粒温度与固含率的关系,并与文献报道的实验和数值模拟结果进行对比分析。结果表明,选取的颗粒动力学理论模型及参数、颗粒部分滑移边界条件及气固曳力模型,可计算得到合理的颗粒轴向及径向分布,验证了提升管中存在典型的径向环核流动结构和轴向压降分布。进一步分析表明固含率显著影响颗粒温度,当固含率为0.05~0.1,颗粒温度存在转折区。     

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。     

高温大颗粒气固流化床流化行为数值模拟

通过数值模拟,对内含直径为3 mm流化颗粒的二维高温流化床开展了研究。其中欧拉途径被用于描述气相运动,而对颗粒相描述则采用拉格朗日途径。采用离散单元法跟踪颗粒在不同时刻位置和速度。结果表明:与300K时相比,1 000 K高温床的临界流化风速有所提高,压降脉动及床层最大膨胀比明显降低。1 000 K时,流化数提高至1.67,高温床内可见到大尺寸的气泡。在气泡之外上、下2个区域中处于气泡对称轴上的颗粒,水平速度具有相反的方向;而y方向上,这二部分颗粒群的速度均向上并大致在10-1m/s范围之内。     

鼓泡流化床中气泡行为的模拟

应用气体拟颗粒模型模拟了单孔、双孔分布板流化床的鼓泡现象,动态地显示了气泡生成、上升、长大以及破裂的全过程,结果与已知的实验观测基本一致.     

气固流化床固体浓度分布的冷模研究

在内径0.284 m、高6.0 m的气固流化床冷模装置中进行了气固流化实验,采用PC6 D型颗粒浓度测试仪检测固体浓度. 分别采用枝条型(开孔率a=5‰和2.5‰)和环形(a=5‰)气体分布器,以直径154~180 mm、密度2550 kg/m3的砂子为颗粒,在静床高H0=0.6~1.5 m、表观气速u=0.3~0.6 m/s的情况下,考察了时均固体浓度1-e在空间的分布. 结果表明,增加u使密相区的1-e减小,分布器形状对1-e影响不大. 采用较低a的分布器时1-e的变化较大,且其值均较低. H0=0.6 m, 轴向位置H=0.4 m, u=0.3 m/s, 径向位置r=0~0.142 m时,1-e由0.410上升到0.494;H0=0.6 m, H=0.4~0.95 m, u=0.3 m/s, r=0时,1-e从0.410减小到0;H0=1.5 m, H=0.4~1.3 m, u=0.3 m/s, r=0时,1-e从0.397先下降到0.372,再上升到0.424,最后下降到0.328.     

梯度磁场下气固流化床中磁颗粒运动数值模拟

在外加竖直方向梯度磁场的气固鼓泡流化床中,考虑铁磁颗粒受到的梯度磁场力和颗粒间磁感应力,对气相采用流体力学方法(CFD),颗粒相采用离散元法(DEM),建立二维磁鼓泡流化床数学模型,模拟不同磁场强度下全磁颗粒圆形床料的气固流动过程,分析了不同磁场强度对磁流化床中气泡生长、颗粒运动、床层压降和磁颗粒受力的影响。研究结果表明在沿高度磁感应强度递减的梯度磁场中,磁颗粒在颗粒间磁感应力的作用下凝聚成链,破坏了大气泡的形成。随着磁场强度增加,颗粒扩散系数减小,颗粒间磁感应力和梯度磁场力增大;气体与颗粒相间作用力先减小、后增加;而颗粒接触力先增加、后减小。     

不同曳力模型对鼓泡床内气固两相流的模拟研究

基于双流体模型,应用Fluent商业软件包对带有单喷嘴的二维鼓泡床中气固两相流进行模拟研究。采用三种基于不同机理的曳力模型;半经验的Gidaspow模型、由格子波尔兹曼方法导出的Koch-Hill模型与修正的半经验的McKeen模型,通过模拟气泡的形成、上升及破裂过程,气泡形状和颗粒运动特征,计算气体泄漏率、气泡直径及气泡上升速度,对不同曳力模型进行比较研究,其中编程实现了Koch-Hill和McKeen曳力模型模块。通过与文献中的实验结果进行对比发现,Gidaspow模型对气泡形状的模拟效果较好,与实验数据的误差介于其他两种模型之间;Koch-Hill模型捕捉到的气泡特征最逼真,且床层膨胀效果明显,但定量计算的误差最大;而McKeen模型与实验数据的误差最小,但对气泡形状的模拟效果较差。     

小波分析在气固流化床中颗粒碰撞压力信号分析中的应用

颗粒碰撞压力的大小和频率会严重影响气固流化床中内部构件及其支撑部件等的磨蚀情况和使用寿命,是设计流化床中内部构件及其支撑部件的关键因素之一。采用膜式压力应变传感器、多通道数据采集仪测定不同颗粒在操作流速0.262 1~0.524 2 m/s浓相区内不同轴向、径向位置处的颗粒碰撞压力信号,通过小波分析和相空间重构分析,揭示颗粒和气泡对颗粒碰撞压力的影响和气固流化床中内部构件的影响。     

气固流化床中非线性特性的多尺度分析

Deterministic chaos theory offers useful quantitative tools to characterize the non-linear dynamic behavior of a fluidized bed and the developed complexity theory presents a new approach to evaluate finite sequences. In this paper,the non-linear,hydrodynamic behavior of the pressure flutuation signals in a reactor was discussed by chaos parameters and complexity measures.Coherent results were achieved by our multi-scale analysis,which further exposed the behavior in a gas-solid two-phase system.     

采用改进的曳力模型模拟2D鼓泡流化床的流化特性

针对特定颗粒浓度范围颗粒团聚作用导致的曳力下降问题,基于传统曳力模型在不同颗粒浓度段的特性分析,选择适用于不同颗粒浓度区间的曳力模型,通过光滑函数得到改进的曳力模型,并耦合欧拉双流体模型对2D鼓泡流化床进行数值模拟. 结果表明,与Gidaspow和Syamlal-O'Brien模型相比,改进的曳力模型对床层局部压降的预测结果更好;随表观气速增加,改进的曳力模型能更准确地预测床层膨胀;当表观气速Ug=0.46 m/s时,改进的曳力模型对径向颗粒浓度分布的模拟结果明显好于Syamlal-O'Brien模型.     

快速流化床内气固两相流动态压力的实验研究

对快速流化床内轴向动态压力进行了测量,分别通过标准偏差、功率谱以及多尺度小波分析研究了流化床内的动态特性。研究结果表明:压力脉动的强度沿轴向由下至上逐渐衰减,且在循环速率较高时,底部压力脉动标准偏差与顶部之间存在着明显的转折;压力信号的主频随着颗粒质量流率的增加,其所对应的峰值(即脉动强度)有所增加,而主频的频率逐渐降低。通过压力脉动的小波多尺度分析表明:流化床内压力脉动中,小尺度信号主要体现在由于气体与颗粒的湍动、颗粒碰撞、颗粒团聚物的形成与破裂等高频部分的信号;中尺度信号主要捕获来自于不稳定进料所引起的较大的压力脉动;大尺度信号与床层的宏观稳定性相关。研究结果表明,通过对动态信号的微观分析可以深入认识气固两相流的瞬态参数特性以及气固间的相互作用机制。     

气固流化床中空隙率信号的小波分析

在(?)90mm×000mm 的有机玻璃流化床中,采用 PV4A 颗粒测速仪对不同粒径的沙、聚氯乙稀(PVC)颗粒在操作气速为0.262～0.524 m/s 下不同轴/径向位置的空隙率波动信号进行测定。选用 db2为小波函数对信号进行多尺度分解和进行连续小波变换,计算不同尺度下分解信号的功率谱密度函数。研究表明,细节信号反映的是颗粒脉动和小气泡的运动特征,呈现宽频分布,有很强的随机性;近似信号主要反应大气泡的运动特征,有明显的主频存在,且随操作条件变化;连续小波变换表明空隙率波动信号在微观结构上具有自相似性。     

气固固循环流化床密相床层压力脉动研究

在不同实验条件下研究了气固固循环流化床密相床层的压力脉动。压力脉动的情况表明：细颗粒的循环及循环量对粗颗粒的流体力学行为有很大影响。气速越低,影响程度越大。     

三种复杂性测度在气固流化床压力脉动中的应用

首次将三种复杂性测度－复杂性C2，涨落复杂性Cf，算法复杂性C(n)－同时应用于气固流化床压力脉动信号的分析之中，研究了不同表现气速，颗粒体系以及静床高等操作条件三种复杂性测度的变化规律以及对气固两相不同的表征能力。研究结果表明，三种复杂性测度均能敏感地指示出流型的变化，并且在不同的操作条件下呈现一定的规律性；尤其是三种复杂性测度将气固两相分开表征的能力，为研究气固两相内在动力学特性提供了新的思路。