中心气流与环形气流作用下颗粒射流的流动与混合特性

采用PIV测速系统和高速摄像仪对同轴气固两相射流进行了实验研究,着重考察了同轴射流结构和旋流对颗粒流动与混合特性的影响。结果表明,环形气流作用下颗粒获得的轴向速度比相同条件下中心气流作用下的颗粒轴向速度大,且气固两相的混合效果更佳,在这两种同轴射流结构下,颗粒的轴向速度仅在靠近喷嘴的横截面上分布较为均匀。而旋流,特别是强旋的引入不仅可以促进远场区颗粒速度的均布,而且能够有效地改善两相混合效果。     

液固循环流化床中的颗粒速度场

利用超声多普勒测速仪（UDV）对液固循环流化床中颗粒流场进行了系统的实验研究.实验测定了不同轴向位置处的颗粒速度分布,得到了较完整的颗粒速度场,分析了入口区对流场分布的影响,考察了表观液速和颗粒循环速率等操作条件对颗粒速度场分布特点的影响,并利用各影响因素之间的相互关系对流型和速度的变化进行了分析.     

快速流化床一维轴向稳态流动模型

本文对稳态操作的快速流化床气固两相流动进行了分析,表明颗粒在床内的加速运动对床层各项参数有显著影响。考虑了颗粒加速作用以及由于颗粒聚集使气固两相相互作用力减小的事实后,可采用一维轴向稳态流动模型获得截面平均颗粒速度、空隙率以及曳力系数等参数及其轴向分布规律。模型预测与实验直接测定结果吻合很好。     

微裂缝内液固两相流动特性研究

应用欧拉-拉格朗日模型,对微裂缝中液-固两相流动过程进行数值模拟。在数学模型中,液相采用连续相模型,颗粒当做离散分散在连续相中,并考虑了相间耦合作用。对于物理模型,建立了二维直微裂缝模型,研究裂缝的液相粘度、液相速度和颗粒密度等因素对裂缝中两相流动的影响。模拟得到了微通道内颗粒瞬时分布状态、颗粒运动轨迹、颗粒停留时间、颗粒轴向速度分布、液相轴向速度分布等参数的变化规律,定性的揭示了储层裂缝内液固两相流动过程。     

入口结构对短接触旋流反应器流场的影响

采用RNG k-ε湍流模型,结合欧拉双流体模型对倾斜向下0°、10°和20°切向入口角度的短接触旋流反应器进行数值模拟,分别考察混合腔内速度场、固相浓度场和分离段速度场。模拟结果显示:倾斜向下10°切向入口能有效的消除顶部灰环、抑制轴向返混、减少在混合腔的停留时间,同时改善混合腔内的固相颗粒不均匀度。角度的改变对分离段速度场的影响较小。     

液固循环流化床中颗粒轴向速度的实验研究

利用超声多普勒测速仪实验测量了液固循环流化床中不同径向位置处颗粒瞬态轴向速度，研究了其概率密度分布特征。采用瞬态速度的标准偏差衡量瞬态速度的波动程度，考察了不同操作形式下的颗粒时均轴向速度的径向分布以及表观液速和颗粒循环速率等操作条件对速度波动程度和速度均衡径向分布的影响，利用相间作用力对两种分布的特点进行了机理分析，并对液固和气固循环流化床中颗粒的流动行为进行了比较。     

负压差立管内气固两相流的流态特性及分析

对于出口插入密相床的立管，管内气固两相的流动特点是下行的颗粒速度大于气体速度和颗粒的逆压差流动，颗粒下行是一个减速运动过程. 管内的气固两相流的流态有两种形式，当GsGsc时，流态是浓相输送流态，气流下行. 两种流态可以互相转变，主要取决于颗粒质量流率的大小. 负压差立管的流态变化与气固两相之间滑落速度和轴向压力的变化密切相关，滑落速度随颗粒质量流率的增加逐渐减小，而轴向压力则逐渐增大以平衡立管的负压差.     

旋流燃烧室内气体-颗粒两相湍流流动的数值模拟

综合应用代数Reynolds应力模型和流体相脉动速度大小和方向均具有随机性的颗粒相随机轨道模型,对旋流燃烧室内有直流射流与旋转射流相互作用的气-固两相湍流流动进行了数值模拟.得到的气相轴向与切向速度和轴向脉动速度均方根值分布以及颗粒相轴向总质量流通量和轴向与切向速度分布与实验基本相符合,并比对气相湍流采用k-ε模型的相应计算结果有较明显的改进.     

环形截面提升管内颗粒的运动行为

采用PDPA(phase Doppler particle analyzer system)及磷光颗粒示踪技术对环形截面提升管中颗粒的运动行为进行了研究。与传统提升管相比，环形截面提升管中颗粒速度分布的均匀性有所改善，其最高速度与最低速度之差变小。环形截面提升管最大速度值出现在相对径向位置φ=0.3-0．4处。与传统提升管相似，环形截面提升管内颗粒的轴向返混较严重，停留时间分布曲线存在较明显的拖尾，其中颗粒的轴向Peclet数与传统提升管也处于同一数量级范围。提升管床结构的改变并未显著改变其中气固流动的微观相结构，稀相与密相颗粒团微观两相仍然存在，这种微观相结构是造成颗粒严重返混的决定性原因：稀相中的颗粒与密相颗粒团中的颗粒分别造成了颗粒停留时间分布曲线的前峰与拖尾峰。     

旋风式预热器分离效率的模拟仿真研究

针对新型干法水泥生产中对旋风式预热器高分离效率的要求,以及对旋风式预热器气一固两相中分离出粉体粒子的需求,对某水泥厂设计的旋风式预热器C1筒的数值模拟,研究该设计结构的压力场、速度场、颗粒分离效率级,从而验证该结构设计的合理性.同时根据定量的参数结果,验证适合该结构模拟分析的数值仿真模型,分析气固两相的分离机理,为后期指导高分离效率的旋风式预热器设计工作奠定基础.     

提升管内气固两相双组分颗粒流动的离散颗粒硬球模型的模拟

基于离散颗粒(DPM)硬球模型,数值模拟提升管内双组分颗粒气固两相湍流流动行为。应用Vreman的亚格子尺度（SGS）模型模拟气体湍流,建立考虑不同颗粒加速度效应的两颗粒碰撞最小时间计算模型。数值模拟预测了大颗粒和小颗粒的速度和浓度分布。研究结果表明小颗粒具有高的轴向速度和脉动速度,而大颗粒具有低的轴向速度和脉动速度。在床中心区域,小颗粒轴向速度分布出现3个峰值,对于大颗粒轴向速度仅出现两个峰值。在壁面区域大颗粒和小颗粒速度均出现两个峰值。沿床径向方向呈现床中心颗粒浓度低、壁面区域颗粒浓度高的环核流动结果。随着表观气速的增大,颗粒浓度沿径向和床高分布趋于均匀。在床中心区域模拟计算轴向颗粒速度、颗粒浓度和RMS速度与文献实验结果相吻合。在提升管内气体湍流对小颗粒流动具有一定的影响,颗粒间碰撞作用对颗粒相流动的影响大于气相湍流的影响。     

带有新型内外组合桨的搅拌设备内流场的数值研究

以滑移网格法的基本思想为出发点提出了滑移周期的概念.利用滑移网格法计算了以一定转速比反向旋转的新型内外组合桨搅拌的流场.通过对双层斜叶平桨、标准锚式桨和新型内外组合桨产生的流场进行对比,研究了搅拌设备内的宏观流动场、时均速度、速度变化率、剪切速率和轴向循环能力.结果表明：滑移周期概念的提出在一定程度上解决了滑移网格法计算周期长、计算成本高的问题.采用新型内外组合桨,加强了径向流动和轴向流动,改善了搅拌设备近壁区的流动状况,且对假塑性流体流动状况的改善优于牛顿流体.新型内外组合桨的剪切水平和轴向循环能力均优于双层斜叶平桨.     

垂直螺旋输送机中颗粒速度的分布

采用离散元方法对垂直螺旋输送机中颗粒的流动进行模拟计算,得到颗粒圆周速度、轴向速度、自转角速度在螺旋空间中的分布. 结果表明,颗粒圆周速度最大在叶片工作面径向位置33 mm处,右下区域内圆周速度变化明显,颗粒受周向剪切力较大. 随径向距离增加,底层颗粒与叶片的圆周速度差变大,至近料槽壁处达峰值,导致叶片远端和边缘处磨损较大. 较大颗粒轴向速度区域在颗粒床中层,最大值在近料槽壁处叶片工作面上方22 mm处. 在左下角出现颗粒流滞流区,颗粒轴向速度小于0.1605 m/s,有些甚至小于0.09625 m/s. 螺旋叶片工作面附近颗粒自转角速度较大,最大值在叶片边缘,且高自转角速度的颗粒都集中在颗粒群下层.     

Effects of geometric and operating parameters and feed characters on the motion of solid particles in hydrocyclones

The effects of geometric and operating parameters and feed characters on the motion of solid particles in hydrocyclones were experimentally investigated by using a new type of laser surveying instrument named particle dynamics analyzer. The absolute radial velocity of solid particles decreases with increasing the positional radius, and the axial distribution curves of the particle radial velocity are parabolic. The particle radial velocity increases with increasing the inlet pressure or with increasing the diameter of the underflow pipe. When the particle density or the particle size increases, the absolute radial velocity of the solid particles decreases. The particle radial velocity also decreases with increasing the feed particle concentration. The axial distribution curves of the particle axial velocity are also parabolic. The axial velocity in the inner helical flow increases with the increase of the flow rate of overflow; while that in the lower positions in the outer helical flow increases with increasing the flow rate of underflow.     

滚筒端面对颗粒物料轴向流动特性影响的离散模拟研究

针对碎渣工艺中仅一个端面可随侧壁转动的短滚筒体系，采用离散单元法模拟研究了滚筒轴径比和转动速度对颗粒物料轴向流动特性的影响。模拟结果表明，系统内形成了显著的轴向对流结构：物料层顶部处颗粒物料会朝向滚筒固定端面一侧运动，而物料层趾部区域颗粒则朝向滚筒转动端面一侧运动。低转速条件下，沿物料自由表面由顶部到趾部，颗粒轴向速度呈非对称分布，顶部区域颗粒轴向速度绝对值显著小于趾部区域颗粒轴向速度绝对值；两部分区域颗粒轴向速度绝对值分别在y/R=±0.725处达到极大值，且轴向速度为0的位置并不出现在切向的中间位置。改变滚筒的轴长对这种非对称分布的影响近似可忽略，但是增大滚筒转速会增大颗粒轴向运动速度并逐步减弱这种非对称性。改变滚筒转速，对物料顶部区域颗粒的轴向流动的影响要大于对趾部区域颗粒轴向流动的影响。当滚筒轴径比达到1.2后，滚筒转动端面对物料轴向流动的影响区域不会随滚筒转速的增大而呈现显著变化。这些结果为实际滚筒碎渣工艺的结构优化提供了理论指导。     

循环床提升管中粗重颗粒浓度的轴向分布

在10m高提升管中对空气-沙子体系的压力梯度进行系统测试,研究了粗重颗粒平均颗粒浓度云的轴向分布及操作条件对它的影响。结果表明,粗重颗粒的^εs在相同操作条件下显著低于FCC颗粒;随操作条件的不同,沙子颗粒表现出与FCC显著不同的轴向分布形态。高气速下粗重颗粒^εs的轴向分布与FCC相似表现为单调下降或直线形关系;但在表观气速Ug降低至某一临界值后,粗重颗粒^εs的轴向分布呈现出波动形式,表明沙子颗粒在提升管中的流动是一个加速-减速-再加速直至充分发展的过程。随Ug减小或Gs增大,提升管各截面上云升高;当^εs的轴向分布为波动形式时,提升管底部截面和中部颗粒聚集截面上^εs的变化较其它截面更为显著。     

单孔射流流化床内颗粒混合特性的数值模拟

在欧拉-拉格朗日坐标系下,采用离散单元法对单孔射流流化床内颗粒混合特性进行了数值模拟。引入混合指数对床内轴向及径向布置的颗粒混合质量进行定量分析,并研究了不同表观气速、不同弹性系数对颗粒混合特性的影响。模拟得到了颗粒轴向及径向混合序列图、气体和颗粒速度分布、整床颗粒混合指数分布、参量变化时整床颗粒混合指数分布。结果表明：流化床床层内颗粒混合速度受颗粒内循环能力和颗粒扩散能力的综合作用。单口射流喷动流化床颗粒轴向混合速度主要由颗粒内循环速度决定,颗粒径向混合速度主要由颗粒扩散能力决定。表观气速增大时,颗粒内循环速度增加,从而加快了颗粒轴向混合进程,但对颗粒径向混合影响微弱;弹性系数增大时,颗粒混合速度及混合质量均下降,并且弹性系数增大对颗粒径向混合进程影响小于颗粒轴向混合。     

汽-液-固三相循环流化床蒸发器中固体颗粒浓度和速度的研究

应用电荷耦合器件CCD(charge coupled devise)测量和图像处理技术,定性和定量研究了热模汽-液-固三相自然循环流化床蒸发器中固体颗粒浓度和速度的轴、径向分布以及其随热通量、固体颗粒加入量等操作参数的变化规律。热通量的变化范围为2179.8W穖-2到6624.2W穖-2,固体颗粒的体积分率的变化范围为0.5%到2%。结果表明:在液-固两相区,固体颗粒浓度在轴向和径向的分布较为均匀;随着热通量的增加,加热管中固体颗粒的浓度逐渐降低,循环管中固体颗粒的浓度逐渐升高,并且两者均随固体颗粒加入量的增加而升高;固体颗粒的速度在轴向上较为接近,其在循环管中的速度高于在加热管中的速度,并且两者均随热通量的增加而升高;固体颗粒加入量对其速度有增强和阻碍两方面的作用。     

气固流化床中双组分混合颗粒的流态化特性

在一套φ500 mm×12500 mm大型有机玻璃冷模实验装置中,采用FXC-П/32型压力巡检仪测量了双组分混合颗粒体系沿流化床轴向的颗粒浓度分布,采用容积法测量了不同操作条件下自由空域内双组分混合颗粒的饱和夹带量,并根据稀相空间的轴向颗粒浓度获得了双组分混合颗粒的输送分离高度(TDH)。实验结果表明：混合颗粒在密相床的平均空隙率在小颗粒质量分数为0.4时存在一最小值;双组分混合颗粒的TDH随表观气速的增加而增大,随小颗粒质量分数的增加也增大。在自由空域内双组分混合颗粒的饱和夹带量随表观气速的增加而增加,当表观气速小于0.6 m•s^-1时,随表观气速增加明显;当表观气速大于0.6 m•s^-1时,增加趋势减缓。而当表观气速小于0.5 m•s^-1时,双组分混合颗粒的饱和夹带量随小颗粒质量分数增加,变化趋势不明显;当表观气速大于0.5 m•s^-1时,则随小颗粒质量分数的增加而增大明显。通过对实验结果的分析,建立了双组分混合颗粒TDH的数学模型,模型值与实验值吻合较好。