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.     

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.     

差速流化床密相区内流动特性的数值模拟

基于颗粒动力学理论,采用Fluent软件中标准k-ε方程模型和欧拉-欧拉双流体模型对差速流化床底部密相区内的气固两相流动过程进行了数值模拟,分析了内循环过程中颗粒速度和压力等流动特性参数的分布和变化规律,研究了主、副床风速对密相区流场的影响.结果表明:保持副床风速u2=1.5m/s不变,随着主床风速的增大,主床的时均颗粒体积分数降低,副床的时均颗粒体积分数升高,压力降方差和回流速度增大;保持主床风速u1=4.0m/s不变,随着副床风速的增大,回流速度减小,压力降方差先增大后减小,当副床风速为2.0m/s时气固两相流动最强烈.     

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。     

三维旋流喷动流化床气固两相流动特性模拟

为了从理论基础上研究带风帽的旋流喷动流化床干燥器内气固两相流流动特性,采用欧拉多相流模型对一台旋流喷动流化床试验台进行三维数值模拟,分析了各种不同底部进风速度V底与切向进风速度V切比例对旋流喷动流化床干燥器内的气体速度分布和颗粒速度分布特性的影响,以及当V底/V切为30 m·s-1/30 m·s-1时,探讨了气固流动状态随时间的变化规律。研究结果表明:增大V切,有利于增加近壁面区域的气体流动速度和促进气固相的充分混合,增加气体和颗粒相的接触面积,有利于减少气相流动死区,降低黏性物料对筒体壁面的粘附程度。但由于切向风的卷吸作用所形成的负压会导致轴向气流减弱,不利于筒体中心区域气流的轴向发展,降低了轴向风对颗粒层的穿透效果。     

激冷室内气体穿越液池过程气液固三相的数值模拟

水煤浆气化炉激冷室内合成气穿越液池过程是复杂的气液固三相的流动过程,该过程起到合成气的进一步冷却及其所含凝渣捕集的作用。将欧拉和拉格朗日方法相结合,用VOF模型跟踪气液界面,用直接模拟蒙特卡罗方法(DSMC)计算颗粒碰撞。对含渣气体穿越液池的气液固三相流动过程进行了数值模拟,探讨了不同粒径、气流速度以及下降管出口淹没深度对气液流场以及对固体颗粒分离的影响。研究表明:气体出下降管后做流动方向急剧突变的流动,穿越过程气液形成具有一定周期的波状流动;含尘气体穿越液池过程对颗粒具有较高的捕集效率;颗粒的捕集效率随着粒径的增大而提高;随着气流出流速度以及下降管出口淹没深度的增加,液体的扰动加强,产生更多的液滴,有助于颗粒捕集效率的提高,但气流速度及淹没深度对颗粒捕获效率的影响逐渐减弱。     

导流管喷动床流体动力特性的实验研究

对以小米为物料的常规喷动床及导流管喷动床全床压降随表观气速变化规律进行了实验研究．结果表明，与常规喷动床相比，导流管喷动床不仅最小喷动速度、操作压降和最大压降均大幅减小，而且夹带高度较小时会在达到稳定喷动之前发生有利于操作的不稳定喷动现象．此外，导流管喷动床的流体动力特性受料床高度影响不大，但受导流管内径和夹带高度的影响显著．最后，依据实验结果提出了导流管喷动床最小喷动速度的关联式．     

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.     

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．     

加压喷动流化床最小喷动速度的试验研究

在内径100 mm的有机玻璃冷模装置上进行了加压喷动流化床试验.床料直径为1.6 mm、2.3 mm的小米.研究了压力、静止床高及流化风对最小喷动速度的影响.试验结果表明:喷动流化床的最小喷动速度随压力的增大而减小,但减小幅度逐渐变小;静止床高增大,最小喷动速度增大,但床高的增加对最小喷动速度的影响随着压力的增大而减弱.流化风风量增加导致最小喷动速度降低.根据试验数据进行了线性回归,分别得出了uf=0和uf＞0(uf为流化风床内表观气速)时最小喷动速度的关联式,相关系数分别为0.964和0.920,关联式和试验值吻合较好.     

300 MW循环流化床锅炉气固流动特性的CPFD模拟

采用计算颗粒流体力学（CPFD）的方法对300 MW循环流化床锅炉内的气固两相流体动力学参数进行全床数值模拟研究,重点分析了循环流化床锅炉炉膛以及回料阀的气固流动特性,获得固相颗粒浓度和速度场在炉膛内的分布以及固体循环流量、系统压力平衡、回料阀的运行情况等锅炉关键参数。结果表明：颗粒浓度的轴向分布呈现明显的密相区和稀相区两部分,模拟得到的轴向压力分布与实际工况吻合较好,验证了CPFD方法模拟循环流化床锅炉的准确性;锅炉回料阀内压降最大,这与床料分布相符;回料阀返料室流化程度较高,而输运室流化程度较小,呈现鼓泡床状态,气泡大都贴壁逃逸。     

鼓泡流化床气固两相流动特性的数值模拟

本文基于气固两相欧拉-欧拉双流体模型,对多孔布风鼓泡流化床内气固两相流流动特性进行了数值模拟,研究了床内压力分布,气泡的运动行为,以及气相和颗粒相速度的分布情况,并将模拟结果与相应实验数据进行比较。结果表明所用模型能较好的预测流化床内气固两相流的流动特性,模拟结果与实验结果吻合较好。     

加压导向管喷动流化床部分气化炉颗粒循环倍率的研究

以宽筛分的灰渣和2种不同粒径的窄筛分玻璃珠为实验原料，对加压导向管喷动流化床部分气化炉内颗粒循环倍率进行了试验研究。提出了导向管喷动流化床颗粒循环倍率和床内压降理论关系，分析了环形区的充气量在不同系统压力、导向管位置和喷动管直径对颗粒循环倍率增加因子的影响，在此基础上提出了预测颗粒循环倍率增加因子的试验关联式。结果表明：环形区充气后不仅改善了环形区的气固接触，而且显著增加了环形区和喷动区的颗粒交换，有利于床内气固非均相反应的进行。图10表1参10     

卧式搅拌床内生物质颗粒的轴向混合与停留时间

采用离散单元法(DEM)模拟卧式搅拌床内非球形大颗粒流动过程并进行实验检验。对颗粒流场进行分析,讨论颗粒性质和结构参数对颗粒流动行为的影响。结果表明:轴向扩散系数随颗粒尺寸、反应器尺寸的增大以及叶片与壁面间隙的减小而增大。挡板高度增大时,轴向扩散系数先增大后减小。平均停留时间随颗粒尺寸的减小,反应器直径、挡板高度的增大以及叶片与壁面间隙的增大而增大。停留时间相对方差则随颗粒尺寸、反应器直径、挡板高度的增大以及叶片与壁面间隙的减小而增大。材料的颗粒密度对于卧式搅拌床内轴向混合及停留时间分布并无显著影响。     

底饲进料循环喷动床内压力脉动信号的SHANNON信息熵分析

为了研究底饲进料循环喷动床内气固两相流的流动特性,通过冷态实验测量反应塔内轴向不同高度上的压力脉动信号.应用SHANNON信息熵分析压力信号,并比较不同操作条件对塔内气固流动的影响.结果表明:压力脉动及其功率谱在不同床层高度上表现出不同的特性;SHANNON信息熵能够很好地反映特征信号的复杂程度和稳定程度;提高流化速度和循环倍率能够导致塔内轴向上的颗粒浓度上升,从而使压力脉动的幅度增加;提高喷射速度和喷嘴位置,能使反应塔底部气固湍动更加强烈,SHANNON信息熵随之上升.     

基于Partical模型的固液两相流贯流式水轮机流场数值模拟

为了研究灯泡贯流式水轮机在固液两相流动下过流部件的磨损程度,以某水电站实际运行的水轮机为研究对象,基于Particle模型和非均相模型,对水轮机内部流场进行数值模拟。分析了体积分数为1%,泥沙粒径为0.01、0.05、0.10和0.25 mm时,过流部件工作面和背面的固体颗粒相的滑移速度及固相体积分数。结果表明:随着颗粒粒径的增大,桨叶上固体颗粒相的滑移速度减小、导叶上滑移速度增大;在浆叶进水边和轮缘,导叶的进水边和轮毂处固体颗粒相的体积分数较大,磨损较为严重,与现场真机照片磨损位置相同,说明采用Particle模型和非均相模型能准确地模拟固液两相流水轮机内的流动规律。     

蒸汽中不同盐颗粒在汽轮机喷嘴内的分布特性研究

在欧拉-欧拉两相流模型的基础上,加载群体平衡模型,采用分组法对汽轮机喷嘴内部盐析两相流场进行数值模拟,得到了沿介质流动方向不同物质盐沉积颗粒平均粒径的分布特性,预测了汽轮机喷嘴内汽固两相流不同物质盐沉积颗粒的分布规律。计算结果表明:在喷嘴的流道内,沿介质的流动方向,不同盐沉积颗粒的平均粒径均呈现逐渐增大趋势,主流区盐沉积颗粒平均粒径较小,近壁面处盐沉积颗粒平均粒径较大。此外,受相间传质及颗粒微观行为影响,沿介质的流动方向,小粒径颗粒的组分数分布逐渐减小,大粒径颗粒组分数分布逐渐增大。不同物质盐沉积颗粒平均粒径和颗粒组分数的分布,在喷嘴流场内变化是不同的。     

75t/h循环流化床锅炉炉膛气固流场的数值模拟

采用基于颗粒动力学理论的欧拉双流体模型,对75t/h循环流化床锅炉炉膛内气固流动特性进行数值模拟,得到沿炉膛高度颗粒速度和浓度的非均匀分布规律,证明其流动符合环-核结构。通过对不同粒径颗粒的模拟,得到不同粒径颗粒在75t/h循环流化床内的分布特性。     

垂直管密相输送的数值模拟

基于稠密气体分子运动论和颗粒动力学,应用稠密气固两相流动的欧拉一欧拉双流体数学模型,利用数值方法模拟模拟垂直管内上升流动的行为,得到了气相和颗粒相速度分布以及压力损失.将该模型运用到垂直管高压密相(输送压力3 MPa、最大固气比426 kg/m3)气力输送中,结果表明模型预测的压降梯度与实验测量结果相符合.     

垂直弯管段高压密相煤粉气力输送特性的数值模拟

基于以氮气为输送介质的高压密相煤粉气力输送,在现有壁面模型和颗粒动力学基础上,充分考虑弯管中对气固两相流动特性起主要作用的摩擦应力的影响,建立了高压密相煤粉气力输送一体化管道(垂直管、弯管和水平管连在一起)的多相流新模型.采用该新模型模拟垂直向上转水平弯管内的气固两相流动特性,分析了补充风体积流量对弯管内固相速度、体积分数、湍动能分布以及垂直弯管压降的影响.结果表明:考虑摩擦应力后模拟所得弯管压降与试验值的误差减小至20%以内,验证了该模型的正确性;随着补充风体积流量的增大,垂直弯管压降先增大后减小,表观气速增大,垂直弯管壁面外侧煤粉堆积减少,低体积分数区范围增大,固相湍动能和固相拟温度均有所增大,当补充风体积流量达到1.0m3/h时,固相湍动能和固相拟温度均减小.