气液固三相逆流湍动床流体动力学特性的三维数值模拟

基于多相流欧拉模型,应用计算流体动力学(CFD)软件Fluent 6.3,数值模拟了轻颗粒流、液体间歇方式进料的三维气液固逆流三相湍动床的流体动力学特性,考察了床内颗粒的轴径向速度和固含率分布规律。模拟发现:床内颗粒流化时存在颗粒的汇集行为;颗粒由床中心向壁面运动,中心附近颗粒径向速度大,壁面附近颗粒径向速度小;颗粒轴向速度分布不均匀,呈"两头小中间大"的趋势;固含率壁面附近高,中心附近低,并随轴向高度增加而减小;床内平均固含率随表观气速或液体黏度的增加而减小。     

旋流筛板式流化床流化特性的数值模拟

利用计算流体力学CFD软件,采用欧拉气固多相流模型进行计算,模拟研究了带有旋流筛板的气⁃固流化床内在不同操作气速下（0.44~1.14 m/s）FCC颗粒的流化特性。通过对床层颗粒固含率瞬时变化、不同时刻速度矢量的分布、操作气速对颗粒固含率的影响和颗粒固含率随轴向高度的变化分析,研究了流化床内气泡形成、发展和破裂的过程。模拟结果表明,计算值和实验值吻合较好,与自由床平均误差为13.4%,与筛板床平均误差为7.59%;模型能够较好地预测不同操作气速下固体颗粒的流化特性,模拟床层内气泡形成、成长和破裂的发展历程;旋流筛板上部区域有喷射现象,形成固含率较低的喷泉区;旋流筛板的加入能够将大气泡破碎形成小气泡,具有破碎气泡、强化气固混合的作用。     

三维喷动床气固两相流数值模拟

叙述了采用颗粒离散和计算流体动力学相结合的方法模拟三维喷动床流化结果.单颗粒运动通过牛顿第二运动定律进行求解,气体运动通过求解N-S方程.气固两相之间的耦合是由牛顿第三运动定律来实现.模拟床体尺寸为0.11×0.012×0.9m,在单一喷口,入口风速22m/s条件下,对2000个颗粒直径为5mm、密度为2700kg/m3的颗粒进行了模拟.结果表明:在3D喷动床中,颗粒存在宏观运动,中心区颗粒自下而上运动,近壁区颗粒自上而下运动,中心区和近壁区的颗粒运动构成了床内颗粒整体循环运动;在靠近底部的近壁处,颗粒运动存在一定的滞止区.     

非等密度颗粒气固流化床的微观尺度模拟与分析

采用计算流体力学与离散单元法相耦合的CFD-DEM方法对两种表观气速下三维非等密度颗粒流化床内的气固运动进行了数值模拟研究,对比了两种气速下流化床内颗粒的分层和混合现象,发现在非等密度颗粒流化床内,有不同程度的颗粒分层现象存在。当表观气速较低,处于最小密度颗粒的临界流化速度和最大密度颗粒的临界流化速度之间时,颗粒体系出现了较为明显的分层现象,整体上为重颗粒在下、轻颗粒在上的分层结构;当表观气速较高,大于最大密度颗粒的临界流化速度时,分层现象不再明显。采用Lacey混合指数分析了流化床内颗粒之间的混合状况,发现颗粒密度差越小,混合指数越大,越难分离;颗粒密度差越大,则混合指数越小,分离越完全.     

鼓泡流态化燃烧气固流态与NOx浓度的关系规律

针对在流化床中密相区的气固流动行为与污染物NOx之间关系规律和影响机制的问题,本文借助鼓泡流化床反应器,研究了准东煤和柏木在不同床内温度、流化风速和给料速率条件下燃烧时烟气中NOx的浓度,并利用功率谱密度分析法分析了流化床内气固流态.结果 表明,随着温度的升高,床内流化气体密度降低,使得床内截面气速增加,鼓泡流态化更加...     

宽粒级加重质的流化特性

为拓宽气固流化床干法选煤加重质的粒级范围,分别配制了B-A型磁铁矿粉和B-A型粉煤,并按一定比例将两者混合作为宽粒级加重质,研究了其流化特性及分选性能,结果表明:由于A类颗粒中较细及密度较小物料的影响,随着床高增大,床层密度逐渐降低,且密度分布标准偏差较大,为0.060 1 g/cm~3.在合理的工艺及操作参数条件下,处于循环状态的0.3～0.074 mm级磁铁矿粉和1～0.15 mm级粉煤在流化床中分布均匀,床层密度均匀稳定,宽粒级加重质的流化性能良好,用于分选50～6 mm煤炭,分选密度为1.61 g/cm~3时,可能偏差(E值)为0.06 g/cm~3,分选精度较高.     

液固流化床中颗粒流动特性的数值模拟

应用欧拉-欧拉双流体模型,液相采用k-ε湍流模型,同时考虑液固两相间耦合作用,数值模拟液固流化床内液固两相流动,研究了液体密度和粘度对液固流化床内流动特性的影响.研究结果表明,液固流化床内液体、颗粒混合比较均匀,呈现散式流态化特性.颗粒轴向速度随着液体密度和粘度的增大而增大,并且在床内分布趋势相同.数值模拟得到床层膨胀高度的结果与Babu等人公式计算值相吻合.     

液固流化床中物料属性对固体混合物分布的影响

利用窄粒度和窄密度分布的石英砂和细粒煤作为实验物料,在液固流化床中进行了两种物料混合物的流化实验研究.结果表明,轻物料的自由沉降速度大于重物料的自由沉降速度是颗粒群发生完全混合和反分层的必要条件,提出了双物料混合物能否发生完全混合的判据;在双物料混合物中,当两种物料的有效密度比与粒度比的比值(ρe1/ρe2)/(d2/d1)大于1.5时,两种物料才能发生完全混合,并且该比值越大,完全混合越容易发生.     

载体内循环膜分离反应器的水力学性质及气液传质特性研究

通过清水实验考察了载体内循环膜分离反应器的水力学性质及气液传质性能.结果表明,在固相含率为2%～8%、液流量为0～16L/h时,反应器达到循环流态化需要的临界气速为6.2～7.7 m/h;投加载体后,气相含率和氧传质系数随着气速的增加而增大,随着固相含率的增加而减小,在固相含率为0～6%、液流量为5.3 L/h、气速为7.5～30.1 m/h时,反应器的气相含率介于0.65%～3.5%之间,氧传质系数在8.32～28.0 h~(-1)之间变化;循环时间和混合时间都随着气速及固相含率的增加而减小,在固相含率为0～6%、液流量为5.3 L/h、气速为3.8～22.6 m/h时,循环时间为2.9-34 s,混合时间为10.2～41.9s.     

外加声场对气固流化床A类颗粒动力学影响的数值研究

在内径0.14 m,高1.6 m的气固流化床中,以空气和FCC颗粒为气相和固相,运用商业模拟软件Fluent 6.2,通过自编C语言程序,将声场模型与Fluent 6.2中的传统模型结合,研究了径向颗粒浓度分布、轴向压力波动均方根(pRMS)和颗粒温度,分析了声场对床内气固流动状态的影响。结果表明:鼓泡床密相区径向颗粒浓度呈抛物线分布,声场的加入增大了轴向颗粒浓度,减小了气泡尺寸;pRMS随声压级的增大而增大,说明气泡形成与破裂频率加快;颗粒温度也随声压级的增大而增大;模拟结果与实验值吻合较好。     

Segregation/Mixing Behavior ofBinary Particles and Formation of Doubl e-Density-Fl uidized Bed

The current separator with air-dense-medium fluidized bed can only turn out two products at the sametime with a single separating density. The double-density-fluidized bed means that two separating areas with differ-ent densities are formed in a fluidized cascade. In each separating area, the bed density is uniform and meets thetechnical requirement of coal preparation respectively. Therefore, the processed materials can be separated intcthree products according to density. In this paper, the fluidized behaviors of binary dense media were experimental-ly studied and the distribution characteristics of particle concentration and bed density in different bed structurewere discussed. The segregation and mixing mechanisms of binary dense media were analyzed. It was testified thatthe pyramidal part designed in the bed structure played a key role in the formation of double-density-fluidized bed.The pyramidal part intensified the segregation of binary particles between two separating areas and strengthened themixing in the low density area, which made for the density uniform of the area.     

液固循环流化床换热器中颗粒分布板分布性能的实验研究

设计了两种用于液固循环流化床换热器中的颗粒分布板,利用CCD图形采集与处理系统对液固循环流化床中的两相流动特性进行了研究.讨论了有无分布板、分布板开孔率、安装高度及操作条件对颗粒分布的影响.实验结果表明:在换热器下管箱安装颗粒分布板,当循环流速较高时,能有效的改善固体颗粒在床层中的不均匀分布;分布板的开孔率越小,固体颗粒径向分布的不均匀度越小,但床层颗粒浓度也变小;随着循环液速的增加,粒径的减小以及颗粒加入量的增加都会减小颗粒径向分布的不均匀度.     

Experimental Study on a New Dual-Layer Granular Bed Filter for Removing Particulates

A new dual-layer granular bed filter for hot gas cleanup was invented and studied experimentally. Fine sand, 0.5-1 mm grain size and about 1350 kg/m^3 bulk density, was used as the lower layer of the filter. Expanded perlite particles, 2-5 mm grain size and about 70 kg/m^3 bulk density, was used for the upper layer of the filter in this study. It was confirmed that the sizes and densities of these two media matched well; the binary media remained in complete segregation during regeneration by fluidization. Test results show that the filtration of the expanded perlite particle layer was characterized as ＂deep bed filtration.＂ Filtration of the fine sand layer was ＂surface cake filtration.＂ The expanded perlite particle layer contributed about 90% to the bed dust capacity, but only about 20% to the total bed pressure drop, which increased the bed dust capacity ten fold compared to a single-layer bed of the same sand and the same total bed pressure drop. The dust cake on the surface of the fine sand layer raised the collection efficiencies to over 99.99%.     

干扰流化床中细粒煤散式流化特性数值模拟研究

为提高干扰流化床对细粒煤的分选性能,采用数值模拟方法,考察了细粒煤在流化床中的散式流化特性.计算结果表明,颗粒分层行为对水速变化较敏感,流化床可调操作参数较少,仅依靠水速调节,难以实现细粒煤高效分选.对于多组分细粒煤(粒度0.75,0.35mm,密度1.4,1.7,2.0g/cm3),床层密度不均匀,在轴向逐渐降低,分选密度为1.67g/cm3时,可能偏差E值为0.24,分选精度较低.提出一种由多个截顶倒圆锥形多孔板组成的内构件,在相同条件下,带内构件干扰床强化了颗粒的密度分离,E值达到0.14;同时,多孔板可防止高密度颗粒在其表面黏附.因此,该内构件有效提高了普通干扰床的分选性能.     

气-固环隙流化床纳米TiO_2聚团的流化特性

在高640 mm,内外径分别为140 mm和180 mm的环隙流化床反应器内,选用平均粒径为20～30 nm的TiO2催化剂P25进行冷态流化实验。运用预测颗粒粒径模型,应用计算流体力学软件FLUENT 6.2对流化床内床层局部固含率和压降进行了模拟计算。模拟结果显示:气体进入分布板之后呈螺旋状上升;环隙流化床内径向局部固含率分布呈现W形状,而且局部固含率随着床层高度的增高而增大。模拟结果与实验数据基本一致,说明纳米TiO2催化剂颗粒在环隙流化床中以微米级的聚团形式流化。     

物体在流化床另的终端末速

对物体在流化床中的终端末速进行了实验研究和理论分析。结果发现,随着流化粒子粒度的增大,床层表观粘度增大,但只引入少量粗粒子对流化床表观粘度影响不大,物体上浮时受到的阻力要比下落时大一个数量级,平躺在气体分布板上的扁平状物体受到的浮力比理论计算值小得多,物体迎流面积大小受床中流化粒子横向流动影响,并非总以最小迎流面积上升和下沉,长条状物体在床层下部偏向于最小迎流面上升和下沉。     

浓相高密度分选流化床气体分布参数的研究

描述了气固浓相高密度分选流化床的特性，分析了影响床层密度均匀稳定性的主要参数，研究了气体分布器的主要参数(阻降、开孔率、孔的分布等)对形成浓相高密度分选流化床的影响，提出了压降准数CP判别法，并以此判别分选流化床的流化质量及分选性能．结果表明，气体分布器阻降越大，流化性能就越好．当气体分布器阻降大于等于其临界值时，可以形成密度均匀稳定的分选流化床。气体分布器开孔率相同，孔径越小，床层密度的均匀稳定性及分选性能越好，而孔径相同，开孔率越大，床层密度的均匀稳定性及分选性能也越好。     

离散单元法模拟颗粒在斜板上运动及分离过程

为了考察颗粒流的分离机制,基于离散单元法数值模拟了颗粒流在斜板上的运动和分离过程.进行了不同粗糙度斜板上等密度不同粒径的颗粒流,以及等粒径不同密度的颗粒流分离状况的模拟.结果表明:等密度不同粒径的颗粒流在斜板上流动时出现了明显的分离情况,且在表面粗糙度大的斜板上颗粒流的分离更加明显,而等粒径不同密度的颗粒流在斜板上流动时没有明显的分离情况.研究结果对理解颗粒流的分离机制具有指导作用.