整体式多喷嘴喷动-流化床内气固两相流动规律数值模拟

采用双流体模型(TFM)对一种新型整体式多喷嘴喷动-流化床内气固两相流动进行了数值模拟,在喷动床锥体两侧开若干侧喷嘴形成辅助多喷嘴结构,使其在喷动床锥体处产生喷动-流化效果,从而对环隙区锥体边界处堆积颗粒层产生扰流作用。通过CFD数值模拟获得了喷动床内颗粒速度及浓度的分布情况,并与单喷嘴喷动床模拟结果进行对比。研究并优化分析了不同侧喷嘴数量以及侧喷嘴宽度等关键参数对喷动床气固两相流动的影响规律。研究表明,与常规喷动床相比,整体式多喷嘴喷动-流化床结构能有效增强喷动床内环隙区颗粒相运动,特别是强化了喷动床环隙区底部流动死区的颗粒运动,使得锥体边界层颗的粒体积分数显著下降,颗粒体积分数沿径向分布变得更为均匀,同时省略了旁路供气辅助设备。     

喷动床内气固两相流动纵向涡流效应数值模拟

为了深入了解纵向涡流对喷动床内气固两相流动特性的影响规律,采用计算流体力学方法对喷动床内气固两相流动的纵向涡流效应进行三维数值模拟。采用RUC曳力系数模型描述气、固相间作用力,通过欧拉-欧拉双流体模型和颗粒动力学理论对气固两相流动进行模型处理。分别对无扰流件、加入一对小球扰流件及加入一对纵向涡流发生器喷动床结构进行了模拟分析及对比。研究表明:加入球体扰流件及纵向涡流发生器之后,喷泉区的喷动高度明显下降,并在球形扰流件及纵向涡流发生器附近产生了二次漩涡。纵向涡流的存在显著地增加了喷动床内环隙区颗粒相的径向速度,增加了喷射区及喷泉区内颗粒体积分数及其密集度,有效增强了喷动床内气体、颗粒沿径向与轴向的湍动能及拟温度值,进而强化了环隙区与喷射区内颗粒、流体两相的横向混合效果及颗粒间的动量交换过程。     

喷动床内气固二相流体动力行为颗粒动理学

应用气固二相双流体模型数值模拟了喷动床内流体动力行为,模型中采用稠密固相动力-摩擦应力模型。模型中同时考虑了动理学理论和摩擦应力理论。应用贴体坐标系使得网格与喷动床的倒锥体边界符合良好。模拟得到的喷动床内颗粒速度和浓度实验数据吻合较好。     

喷动床内气固两相流动进口旋流效应数值模拟

为了研究喷嘴进口气体旋流效应对喷动床内气固两相流动特性的影响规律,采用数值模拟方法进行研究分析。通过欧拉-欧拉双流体模型和颗粒动力学理论对气固两相流动进行模型处理,分别对常规喷动床及带旋流器喷嘴喷动床进行模拟分析与对比。研究表明:喷嘴进口气体旋流效应显著地强化了喷动床内颗粒的径向运动,能有效消除柱锥区的颗粒堆积现象,扩大了低床层区气体喷射区的影响范围,增加了喷动床内气体的湍动能值,从而提高喷动床内颗粒处理的整体效率。存在最佳η(旋流器内径与外径比值)值,即η为0.526时,旋流气体对喷动床环隙区内颗粒堆积的消除作用及气体湍动能值的提升最为显著,同时旋流器喷动床的总体压降达到了峰值。     

矩形导流管喷动床下行区的床层压降

带导流管的矩形喷动床是传统喷动床的改进型式,矩形床内设置的与床同厚的垂直导流管,可以控制固体颗粒的内循环速率,同时使下行区中的气固移动床维持平推流.本文实验测定了不同表观气速、床层重量、不同固体颗粒与气体入口形式与尺寸时,矩形导流管喷动床下行区的床层压降,以考察其流动特征.实验结果表明,下行区存在床层压降的轴向分布,气固流动处于负压差下移上流区,且气固滑移速度自下而上是逐渐下降的.下行区颗粒床层的压降以及颗粒的移动下输,受到喷动床表观气速、床高、喷嘴尺寸、物料种类和颗粒直径的不同影响.     

喷动床反应器气固流动模型的研究进展

首先对喷动床流动特征参数关联式进行了扼要介绍,继而着重总结了近年来喷动床内气固流动模型(喷射区气固稀相流模式、环隙区气体渗流模式以及固体颗粒流模式)、以及喷动床放大规律等基础理论研究的进展。最后,提出了未来喷动床流动模型工作的突破点和相应思路。     

基于动态双重网格下喷动床滞止区流动特性CFD-DEM数值模拟

基于Fortran语言自行开发了基于动态双重网格方法下的喷动床内气固两相流动的CFD-DEM方法,同时开展了喷动床内径向混合实验与模拟研究,又结合单网格方法对喷动床内0~2.0 s内的滞止区特性进行对比分析,验证了动态双网格方法计算结果的准确性。然后利用动态双网格方法对不同进口气速下和不同初始堆积高度下的喷动床进行数值模拟研究,对滞止区颗粒流动过程进行追踪,结果表明：径向混合实验结果与数值模拟结果有很好一致性;在喷动床内存在一定的滞止区,滞止区内的颗粒流动性较差;初始堆积高度不变,随着进口速度的增加,滞止区高度下降速率和向喷口延伸速度无明显变化;进口速度不变,随着初始堆积高度的增加,滞止区颗粒下降速度随之增加,但其向喷口延伸速度逐渐变慢。     

喷动床内气固二相流动行为的计算模拟

采用双流体模型结合颗粒动理学理论对喷动床内气固二相流体流动行为进行了计算模拟研究。模型中运用颗粒动理学理论描述颗粒相应力封闭流体控制方程,使用Gidaspow曳力模型描述气固相间作用。喷动床内颗粒在浓相区的体积分数很大,采用Schaeffer′s模型描述颗粒间的摩擦应力。模拟计算结果表明,喷动床内分喷射区、喷泉区、环隙区3个区域,在射流入口处形成一个瓶颈。模拟计算得到的颗粒速度和空隙度分布与实验数据进行比较,计算结果与实验结果吻合较好。     

喷动床内气固两相流体动力行为的数值模拟

引　言喷动床被广泛应用于不同工业领域中 ,如石油裂解反应 -再生器、煤和农业废弃物气化和燃烧 ,喷动床还被应用于粮食和药品的干燥等[1] .因此 ,喷动床设计应满足不同应用的要求 .喷动床内气相反应物的反应时间和停留时间依赖于床体几何结构和运行参数 .尽管已有许多的实验对喷动床内气固两相流动进行了研究 ,得到了喷射区、环形区和喷泉区内的气固两相流动流体动力特性 ,然而由于喷动床内气固两相流动的复杂性 ,人们对床体几何结构和运行参数对喷动床动力学的影响至今并不清楚 .因此 ,床体几何结构和运行参数等对喷动床动力学的影响成为…     

三维整体式喷动-流化床结构优化与流动数值模拟

为了对环隙区内的颗粒堆积层产生局部流化作用,提出了一种在喷动床锥体处开一定数量侧喷嘴的整体式多喷嘴喷动-流化床结构,并采用双流体模型(TFM)对三维整体式多喷嘴喷动-流化床内的气固两相流动行为进行了数值模拟。通过计算流体力学(CFD)模拟获得了喷动床内颗粒体积分数、颗粒速度及流场均匀度分布情况,并将模拟结果与传统喷动床进行了对比,同时对锥体处开孔直径等关键参数进行了优化分析。结果表明:与常规喷动床相比,三维整体式多喷嘴喷动-流化床结构能有效增强喷动床环隙区与喷射区颗粒的径向混合,特别是流化了喷动床环隙区底部颗粒的流动死区。颗粒流场均匀度(CV)值随着床层高度的增加而上升,表明多喷嘴对颗粒流场的均匀化效应主要体现在喷动床柱锥区,当A_i/A_z=0.67时,侧喷嘴对喷动-流化床内整体的颗粒流化作用达到最佳。     

二维导流管喷动床的流动特征

带导流管的二维喷动床(2-DSBDP)是传统喷动床的改进型式,矩形床内设置的与床同厚的垂直导流管可以控制固体颗粒的循环速率, 同时使下行区中的气固移动床维持平推流. 本文实验测定了不同表观气速、床层高度、固体颗粒与气体入口尺寸时, 二维导流管喷动床的床压降及相应的空隙率,藉以阐述2-DSBDP的流动特征.     

摩擦-动力应力模型研究喷动床内气固两相流动过程

考虑颗粒滑动的半持续性接触应力和颗粒碰撞瞬时接触应力对颗粒相应力的贡献,建立了喷动床内气体颗粒两相流动计算模型。采用颗粒动理学和Johnson 等的摩擦应力模型,数值模拟喷动床颗粒流动过程,获得了喷动床喷射区、环隙区和喷泉区内颗粒流动特性。模拟计算与He等的实验结果进行了对比。同时分析了摩擦应力模型对颗粒相黏度变化的影响,表明中速颗粒流的颗粒相摩擦应力模型将直接影响喷动床气体颗粒两相流动的预测。     

《化工学报》2007年第58卷第6期目次

热力学非对称两嵌段高分子在选择性壁面识别吸附的MonteCarlo模拟混合免疫算法及在相平衡计算中的应用传递现象加热上升管内过冷流动沸腾数值模拟含硅聚合物中小分子扩散行为的分子模拟液化天然气冷能用于Stirling热机初探常规流场和交指型流场的质子交换膜燃料电池传热传质三维模拟基于热传导反问题的各向异性材料热物性预测方法小间距两喷嘴对置撞击流流场的数值模拟与实验研究凹槽稳焰的超音速燃烧室内混合和燃烧特性分析多相流和计算流体力学不同入口结构下行床内气固流动及混合行为的CFD-DEM模拟声波信号多尺度分解与固体颗粒质量…     

喷动流化床流动特性数值模拟

为了捕捉喷动流化床中微观层次上的颗粒运动信息,建立了基于CFD的二维非稳态喷动流化床欧拉-欧拉两相流模型。分析了不同流化气速对喷动流化床气固流动特性的影响,即不同工况下的炉内压力降、颗粒浓度、床内空隙率分布、气体速度分布和固体颗粒速度分布。数值模拟研究结果表明:随流化气速的增大,压降和炉内平均空隙率逐渐增大,密相床层高度逐渐增加,沿着轴向方向的气体流量增大,喷动气的射流深度逐渐增加,同时射流半径也逐渐增加。     

城市固体废弃物（MSW）加压裂解的喷动流化床流动和扩散规 …

在一个加压喷动流化床冷态实验装置上研究了加压条件下床中的气固流动状态和气体在各部分的扩散特性。实验设备主体为圆柱形结构,高３．５ｍ,同径０．２ｍ。采用聚苯乙烯和玻璃珠为物料,空气为流化介质,二氧化碳为扩散示踪气体。实验结果表明：加压喷动流化床与常压喷动流化床中气固流动状态差异较大,其喷动流化速度与Ｐ＾－０．５成正比。实验还发现,气体由压喷动流化床中气固流动状态异较大,其喷动流化速度与Ｐ＾－０．５正     

导向管直径对喷动床流动特性影响的计算颗粒流体力学数值模拟

导向管喷动床是较为常见的一种喷动床改进床型,通过阻断喷动区与环隙区气固接触来提高颗粒循环的规律性与稳定性。本文采用计算颗粒流体力学（CPFD）方法对于直径150mm的柱锥式导向管喷动床进行了数值模拟研究,考察了导向管直径对于喷动床内颗粒流动特性的影响,从环隙区死区分布、颗粒速度分布、固体循环量等方面分析了具有不同直径导向管喷动床的运行状态。结果表明,加入导向管在减少床内死区的同时也降低了运行时的固体循环量,对于本次采用的喷动床结构尺寸与运行参数,只有在导向管直径为40～60mm时才能保证床内具有良好喷动状态,综合考虑各因素,选用直径50～55mm的导向管最为合适。对于具有类似结构与运行条件的柱锥喷动床,导向管直径可考虑选为无导向管运行时喷动区直径的1.2～1.375倍。     

锥底喷动床内气固两相流的数值模拟

为了得到喷动床内流场分布的详细信息,给进一步的实验研究和工业放大提供理论依据,对锥底喷动床内气固两相流的流动状况进行数值模拟.使用欧拉模型进行计算,得到稳定的喷动区、环隙区和喷泉区等喷动床典型流动特征.考察喷动床内颗粒相在喷动区、环隙区和喷泉区的速度分布以及空隙率和颗粒体积分率的分布.计算结果同实验观察得到的结果相符.     

二维导流管喷动床离散颗粒动力学模拟

采用离散单元法(DEM)-计算流体力学(CFD)双向耦合数值方法对二维导流管喷动床进行了模拟,颗粒的运动通过DEM模型描述,而气体的运动用Navier-Stokes方程进行求解,气体和固体颗粒之间的相互作用通过曳力形式传递。文中将DEM和边界元方法(BEM)结合起来解决颗粒在具有复杂边界设备内的运动。通过采用BEM+DEM-CFD相结合的方法进行模拟计算,得到了喷动床的最小喷动速度,研究了不同表观气速下床内的流型,得到了二维导流管喷动床的床层压降与表观气速的关系,统计分析了喷射区、环隙区内颗粒的运动速度和相应的空隙率,全面地描述了二维导流管喷动床内的气固流动特征。     

串行流化床内气固流动控制

针对化学链燃烧分离CO₂技术特点,在一串行流化床（循环床+喷动床）冷态实验装置上,以CaSO₄载氧体为实验原料（d_p= 0.6 mm）,研究串行流化床气固流动特性。基于床内压力分布特征,提出将循环床（空气反应器）沿床高方向划分为鼓泡段和快速流化段2个流型区域,将喷动床（燃料反应器）沿床高方向划分为喷动段、鼓泡段和悬浮段3个流型区域,得出串行流化床内气固流动控制机理。研究并考察了循环床流化风速度、喷动床喷动风速度对串行流化床内反应器间（空气反应器和燃料反应器）气体串混、颗粒循环速率以及床层压降的影响。研究结果表明,流化风是床内颗粒循环的驱动力,流化风速度应控制在 3.77～4.05 m·s^-1;喷动风速度对床内颗粒循环以及系统稳定运行起着关键作用,建议将喷动风速度控制在0.42～0.56 m·s^-1。     

2002年《过程工程学报》总目录

题 目 作 者 期 页 流 动 与 传 递 压力脉动法预测硅粉颗粒最小流化速度的实验 梁卫华 王金福 等 1 1 鼓泡塔中气含量分布与液体循环流动模型 郝晓刚 孙彦平 1 7 下行床弧面锥体气固分离装置的分离效率实验 李松庚 林伟刚 等 1 12 筛板塔气液固三相塔板效率的实验 雷志刚 陈标华 等 2 97 气-固流化床压力波动功率谱指数衰减与阵发性混沌行为探讨 赵贵兵 石炎福 2 101 外循环三相流化床处理染料废水 华 彬 陆永生 等 2 107 用改进的内外迭代法数值模拟Rushton涡轮搅拌槽流场 王卫京 毛在砂 3 193 核壳型钕铁硼琼脂糖载体…