流化床密相区流动特性的数值模拟

流化床内气固两相流动一直是实验研究和数值模拟的热点。基于Eulerian双流体模型,本文建立了流化床内的气固两相流动模型,采用FLUENT软件对流化床密相区两相流动特性、床内气泡的产生运动和爆裂等特性进行了数值模拟。模型中,将颗粒相看作是连续介质,建立与气相相同形式的数学模型;采用了离散介质动力理论,引入颗粒温度来描述固相粘性应力,并用气固曳力进行气固两相耦合。模拟得到了气泡产生、运动和爆裂的变化过程,与实验结果相一致。采用不同的曳力模型对流化床稠密两相流动进行了模拟,与Kuipers实验对比,结果表明采用Gidaspow曳力模型描述流化床稠密两相流动特性更准确。     

基于鼓泡流化床的新型曳力模型的验证分析

根据不同曳力模型的特点,在不同颗粒体积分数区间选择合适的曳力模型,在颗粒体积分数分界点引入光滑函数使其连续,得到新型曳力模型,并耦合欧拉-欧拉双流体模型对鼓泡流化床进行数值模拟。最后,将模拟结果与Gidaspow模型的模拟结果以及实验值进行对比。结果表明：表观气速为0.46 m/s时,修正因子为0.8的新型曳力模型的床层时均压差精度较Gidaspow模型提高了约3.1%;表观气速为0.51 m/s时,修正因子为0.9的新型曳力模型的床层膨胀率精度较Gidaspow模型提高了约7.1%;表观气速为0.46 m/s时,修正因子为0.8的新型曳力模型的时均颗粒体积分数精度比Gidaspow模型提高了约15%。     

曳力模型对流态化两相流动数值计算影响的研究

颗粒间曳力模型对于流态化两相流动数值模拟有着重要的影响。本文利用FLUENT作为数值计算工具,采用欧拉双流体模型对微米级别(粒径5 um)的细颗粒在不同曳力模型下的气固流态化两相流动进行数值模拟对比分析,并采用优选的曳力模型对粒径500 um和50 um的颗粒进行流态化流动的数值模拟。模拟结果表明Gidaspow曳力模型在所研究的范围框架下有着更加良好的表现,更加符合实际情况。     

不同进气方式的流化床内颗粒混合特性的数值模拟

为了从微观角度分析不同进气方式的流化床内颗粒的运动机制,利用计算流体力学与离散单元法相结合的方法,采用Gidaspow曳力模型实现气固两相间的耦合,对不同进气方式的流化床进行数值模拟,采用Lacey混合指数等对颗粒的混合状态进行定性和定量分析,并探讨了气体速度参量对混合特性的影响。结果表明:喷动流化床内颗粒混合特性受喷口气速和流化气速的综合作用;存在喷动气的工况,其最终混合状态比均匀进气的工况好;在存在喷动气的前提下,引入流化气会导致床体的死区变小,且流化气速越高,死区越小;在特定的模拟工况下,存在一个最佳流化气速,使得颗粒混合质量最好。     

高通量循环流化床提升管中气固两相流动的研究

发展清洁煤炭利用、煤炭多联产和IGCC迫切需求研发先进的煤气化技术。循环流化床(CFB)提升管内的气固两相流动对循环流化床气化技术有重要影响。在f 0.187′10 m的冷态实验台上考察密相CFB提升管内气固两相流动。基于能量最小多尺度原理(EMMS)提出了改进的曳力修正系数表达式,并嵌入到双流体模型中,完成了冷态实验台的三维数值模拟。结果展现了CFB提升管内典型的环核结构和壁面颗粒返混现象,同时捕捉到了颗粒团的形成与破裂运动。通过与Gidaspow曳力模型计算结果的比较证实,提出了曳力修正系数可以较好地模拟浓相CFB提升管内的气固两相运动。     

喷动床反应器内流体动力特性的数值模拟

采用欧拉-欧拉双流体模型,颗粒动理学理论模拟颗粒相流动,对喷动床核反应器内的流体动力行为进行了数值模拟.模拟得到了喷动床核反应器内颗粒浓度标准方差、空隙率和颗粒速度分布.研究结果表明喷动床核反应器内颗粒浓度标准方差先逐渐增大至最大值后下降.分析了摩擦应力模型和倒锥体角度等影响因素对喷动床核反应器内的流体动力特性的影响.     

鼓泡流化床内颗粒分离行为模拟研究

颗粒-颗粒相间曳力是影响鼓泡流化床流体动力行为的重要因素之一。本文基于欧拉-欧拉双流体气固两相流模型,采用考虑了颗粒分离斜度系数的颗粒-颗粒相间曳力模型,对床内具有两种不同颗粒尺寸、底部均匀布风的鼓泡流化床进行了数值模拟研究,并将模拟结果与Owoyemi等的实验及数值模拟结果进行了比较。研究结果表明考虑颗粒分离斜度系数的颗粒-颗粒相间曳力模型合理地预测和分析了床内颗粒分离等特性。     

导流管喷动床内液固两相流动特性研究

为了探究不同参数对液固导流管喷动床内颗粒流动行为的影响,本文基于欧拉-欧拉双流体模型结合颗粒动理学对喷动床内液固两相的流动特性进行数值模拟。本文在导流管喷动床的底部引入辅助入口,通过改变颗粒粒径和液体粘度,得到了颗粒轴向速度、颗粒浓度、颗粒拟温度、静压力、动压力等参数的变化规律。模拟结果显示,在一定范围内增大颗粒粒径和液体粘度,颗粒的轴向速度减小,颗粒拟温度显著升高,喷动床内的静压力增加,液体动压力减小,床层膨胀高度明显增大。但当液体粘度增加到一定值后,喷泉区不再明显,并且出现了颗粒回流的现象。因此,综合考虑颗粒粒径和液体粘度,可以显著减小颗粒的堆积,提高喷动效率,使颗粒流化更加充分。     

三维喷动流化床流动特性数值模拟

为了研究喷动流化床煤部分气化炉的气-固流动特性,采用三维欧拉多相流模型和颗粒动能理论相结合的数学模型,对一台直径100 mm的喷动流化床试验台进行了数值模拟研究.研究内容包括喷动流化床不同工况下内部射流的发展、气-固流动特性、典型工况下气体速度分布、颗粒速度分布以及由于颗粒碰撞引起的颗粒相压力分布.模拟结果表明:典型工况下,当喷动风与总风的比例为50%时,流场有利于煤气化;气体曳力和颗粒碰撞对环形区颗粒特别是靠墙区颗粒的运动影响很大.为了验证模型的合理性,采用文献中的试验工况进行计算,计算结果和文献中的测量值吻合较好.     

二次进气角度对流化床接收器中颗粒流动特性的影响

为了探究不同二次进气角度对流化床太阳能颗粒接收器内颗粒流动特性的影响,采用了欧拉-欧拉双流体模型与非均质过滤曳力模型（filtered）耦合的数值计算方法,数值模拟了30°,45°和60°〖KG*3〗3种二次进气角度下接收器内颗粒浓度及颗粒速度的分布。结果表明：与均匀曳力模型（Gidaspow和Wen Yu）相比,非均质过滤曳力模型计算结果与实验结果具有较好的一致性;在3种二次进气角度下,颗粒沿径向均呈现出边壁附近的颗粒体积分数高于中心区域的“环-核”非均匀径向分布,且两侧壁面的颗粒流向中心区域形成循环,同时伴随着颗粒团聚现象;相比于二次进气角度30°和60°,当二次进气角度为45°时,二次进气入口截面颗粒分布相对均匀,且不存在颗粒返混回二次进气入口的现象。     

贴体坐标系下喷动床内气固两相流体动力特性的数值模拟

采用稠密固相动力-摩擦应力模型,建立喷动床内气固两相双流体模型．应用贴体坐标系使得计算网格与喷动床的倒锥体边界相一致．通过数值模拟获得喷动床内喷射区、环隙区和喷泉区内颗粒速度及浓度分布．计算结果表明,喷泉区具有强烈的气固两相质量和动量交换．当倒锥体倾斜角度达到60°,在射流入口处形成一瓶颈．研究表明颗粒间滑动-滚动摩擦应力对环隙区颗粒流动具有明显的影响．     

浸没管对喷动床内颗粒运动和换热的影响及管壁磨损的数值模拟

应用耦合的计算流体力学和离散单元法,从微观角度对带有浸没管的喷动床进行了研究,分析了浸没管对喷动床内颗粒运动和换热特性的影响,并对浸没管管壁的磨损情况进行了定量研究。结果表明:浸没管显著降低了床高波动,缩短了喷动床内建立稳定喷动流化过程的时间;强化了颗粒-气体对流换热,提高了床内颗粒平均温度,并增加了颗粒碰撞,使得颗粒的温度分布更加均匀;管壁最大磨损主要发生在管壁下方靠近中心喷口的一侧,管壁两侧的磨损情况相对较好。     

新型环形喷动床的喷动机制与喷动特性

在传统喷动床的基础上,设计出一种多喷口环形喷动形式的新型喷动床.实验研究了喷口型式、喷口速度、颗粒类型对这种喷动床床内密相喷动流化区高度、可喷动静止床层高度及床层压降等参数的影响情况.结果表明:颗粒在床内的喷动形式沿床高方向呈现独特分区现象;随着喷口速度的增加,密相喷动高度和可喷动静止床层高度也相应增加;在同样的静止床层高度的情况下,直向型式的喷口更易形成喷动,床层的最小喷动速度几乎与静止床层高度呈线性关系;当床内形成较稳定的喷动后,床层压降随喷口速度的变化不明显,可视为常数.     

喷动流化床传热特性的CFD-DEM模拟

基于颗粒-颗粒、颗粒-流体间的传热机制建立了颗粒尺度下的传热模型,并将其与计算流体力学-离散颗粒模型(CFD-DEM)耦合,建立了CFD-DEM传热模型,在传热计算中采用真实的颗粒接触刚度修正了颗粒-颗粒间的传热。采用典型喷动流化床内的颗粒传热实验数据验证了CFDDEM传热模型的准确性,并利用该模型分析了喷动流化床内的传热特性。结果表明:喷动流化床内颗粒的传热系数受其运动状态的影响,颗粒在环隙区域外循环的传热系数比内循环传热系数大;喷动流化床内平均传热系数呈对称分布,流化区域内的平均传热系数大于非流化区域,床体底部两侧及气体入口处的平均传热系数最大,床层中央区域的平均传热系数较小.     

压力对喷动流化床流动特性影响的数值模拟

建立了1台热输入0.1 MW的加压喷动流化床煤部分气化炉和相同尺寸的冷态模型试验装置,通过试验和数值模拟方法分析了压力对喷动流化床流动特性的影响.数值模拟采用了非稳态欧拉多相流模型,研究结果表明:随着工作压力增大,床内的中心喷动区和环形区的空隙率均相应减小;颗粒在较高工作压力下的轴向速度大于较低压力工况下的速度值;在压力为0.1～0.3 MPa时,模拟工况的流动状态与试验结果相符.     

流化床反应器内气固两相流动特性的研究

基于颗粒动力学理论模拟颗粒相流动,应用流体与颗粒两相流理论考虑两相相间作用,建立了流化床核反应器内多相流流动的计算流体动力学模型,数值模拟研究了流化床核反应器内的流体动力行为。计算结果表明,应用Gi-daspow曳力模型得到的沿截面颗粒浓度分布与已有实验结果的分布趋势比较接近。在中心喷射区的中心处颗粒浓度较高。随着径向距离的增大,逐渐降低到局部最小值后颗粒浓度逐渐上升。在环隙区域内颗粒浓度基本保持不变。分析了流体与颗粒间作用力、颗粒弹性恢复系数等对流化床核反应器内流体动力特性的影响。研究表明,颗粒碰撞恢复系数越大,流场内沿截面颗粒浓度分布变得越均匀。     

燃烧油滴的曳力和尾涡造成的湍流变动的数值研究（英文）

燃烧油滴/颗粒的曳力和尾涡造成的湍流变动反映了燃烧油滴/颗粒和气体湍流的相互作用.关于燃烧对颗粒曳力的影响,文献中曾报导,燃烧的煤粒增大了曳力,但是燃烧的焦炭粒减小了曳力.至于燃烧油滴的曳力,文献中报导了增大或减小曳力的相反结果.在液雾燃烧数值模拟中往往采用无燃烧的固体颗粒的曳力规律.关于颗粒尾涡导致的湍流变动,众所周知,大颗粒的尾涡效应会增强湍流.但是燃烧油滴的尾涡造成的湍流变动至今不清楚.本文给出了气体绕过燃烧的单油滴和油滴群的数值模拟研究.结果指出,单个燃烧油滴的曳力比等温流动中固体颗粒的曳力小得多,而且燃烧油滴群的曳力比单个燃烧油滴的更小.与固体颗粒尾涡增强湍流效应相反,本文发现燃烧的单个油滴的尾涡效应是降低湍流.同时,随着气体相对速度的增大,燃烧油滴群的尾涡效应一开始是降低湍流,但是后来却是增强湍流的.     

喷雾流化床造粒过程压力波动的时序分析

底部喷雾式流化床在颗粒制备工业过程中应用广泛,但是颗粒不均匀附聚现象仍然经常发生,甚至导致流化失效。监测喷雾流化床内中心筒两端差压,考察床料粒径、喷液量与床料质量比以及喷液速率对流化的影响,探究流化失效的发生规律。结果表明:增大床料粒径、减小喷液量与床料质量比、减小喷液速率,均有利于避免流化失效。中心筒差压波动方差分析表明,减小床料粒径、提高喷液速率,促进床内大颗粒团聚物形成,压力波动明显增大。     

无机盐颗粒在超临界水膜反应器内的流动特性研究

文中采用基于欧拉-拉格朗日方程的拉格朗日离散相模型,对无机盐颗粒在超临界水膜反应器内的气固两相流特性进行数值模拟。分析了无机盐颗粒直径、入口流量、颗粒密度等对超临界水膜反应器内的颗粒运动规律、分布特性的影响。并且分析了颗粒直径和颗粒密度对无机盐颗粒接近多孔璧的参数的影响。结果表明曳力对颗粒在反应器内流动非常重要;相对于颗粒密度,颗粒直径的变化会引起颗粒流动状态更明显的变化;并且颗粒在多孔璧附近的参数受流场两侧靠近多孔璧的湍流扩散影响较大。研究结果有利于优化超临界水膜反应器。     

砂石颗粒堆积床内流动特性研究

为了降低核电站严重事故中碎片床冷却性分析的不确定性,采用2个尺寸范围的砂石颗粒模拟构建碎片床,并进行了单相与两相流动实验。基于测量的单相流动阻力压降和Ergun方程计算出砂石颗粒的有效直径,在此基础上进行气-水两相流动实验,测量并获得了颗粒堆积床内的两相流动阻力压降,验证碎片床内两相流动阻力模型。结果表明:对于小尺寸砂石颗粒堆积床,其两相流动阻力压降随气相雷诺数的增大呈现上升趋势,在气相雷诺数较低时,Lipinski模型计算值与实验值吻合较好,随着气相雷诺数增大,实验值逐渐接近Reed模型计算值;对于大尺寸颗粒堆积床,相间摩擦力对两相流动阻力有重要影响,其两相流动阻力压降随气相雷诺数的增大呈先下降后上升的趋势。