氢氧催化燃烧流化床反应器流体力学特征的数值模拟

针对氢氧催化燃烧流化床反应器尺寸小、气体密度低并具有放射性、气流量小、催化剂粒度小等特点,改进了欧拉一欧拉多相流模型中的Syamlal-OBrien曳力模型,从而实现了均匀布气氢氧催化燃烧流化床反应器的流体力学模型的模拟,得到了该气固流化床的流化形态,计算结果与文献结果吻合性好,所采用的模型和数值方法具有较高可靠性.     

喷动流化床内宽筛分颗粒流动特性的研究

建立了喷动流化床气化炉,通过数值模拟方法分析了宽筛分颗粒时喷动流化床的流动特性.数值模拟中采用非稳态欧拉-欧拉多相流模型和双方程湍流模型,采用用户自定义函数(UDF)编程,编写出宽筛分颗粒模型.结果表明,不同粒径颗粒在密相区出现分层,喷动流化床内的流体动力学受颗粒尺寸分布以及颗粒间能量耗散和传递的影响.     

气固颗粒系统模拟的研究进展

综述了气固颗粒系统模拟方法的发展状况。首先,从宏观、中观及直接数值模拟角度对基于欧拉-欧拉架构下的双流体模型、拉格朗日-欧拉架构下的离散气泡模型以及欧拉-拉格朗日架构下的计算流体力学和离散单元法耦合模型(CFD-DEM)及直接数值模拟方法就模型基本原理、计算量、预测精度以及应用前景等方面进行对比和分析。接着,针对工程应用前景较强的双流体模型和CFD-DEM模型进行了详细阐述,着重强调了欧拉架构下的模型植入过程,颗粒相的动力学过程和微观行为描述、两相耦合作用及相间耦合模型描述。基于欧拉-拉格朗日架构下的多相耦合模型的普适性,模型的应用已经从研究尺度的模拟逐渐走向工程尺度的模拟,成为今后研究多相颗粒系统的热点。     

35t/h内循环流化床锅炉流动数值模拟

采用基于颗粒动力学理论的欧拉双流体模型,对35t/h内循环流化床锅炉炉膛的气、固流动特性进行了数值模拟。结果表明:炉膛压差的模拟值与实验值吻合较好,说明欧拉双流体模型能够准确地描述炉膛内气、固流动特性;颗粒体积分数和速度分布特性既揭示了内循环流化床中颗粒的内循环流动机理,又为内循环流化床大型化和流动结构优化提供了参考。     

油水混合流电磁分离装置分离特性的仿真研究

使用Fluent欧拉-欧拉多相流模型对电磁力作用下的油-海水混合流进行了数值模拟,并对电磁分离装置的分离特性进行了详细分析。分析结果表明:油水分离率随入口速度及油珠体积分数的减小而增大,随油珠粒径的增大而增大,并且存在一定的电磁力密度使其达到最大。入口速度及入口油珠体积分数越小、电磁力密度及油珠粒径越大,收油口含油率越高、排污测含油率越低。     

振动流化床中气泡和颗粒运动特性的数值模拟

基于欧拉模型,应用计算流体力学软件Fluent,数值模拟了二维振动流化床的颗粒运动特性,考察了振动流化床内气泡和颗粒速度的分布规律。模拟结果发现:由于振动的作用,床底部与布分板之间会形成间隙,促进了大气泡的形成;随着振动频率、强度的增加,颗粒运动速度增大,流化床内大气泡的形成减少。     

65 t/h高低差速循环流化床流动特性模拟

对一台65 t/h高低差速循环流化床炉内流动特性进行二维数值模拟。采用基于颗粒动力学理论的欧拉双流体模型来描述气固流动,湍流模型、气固曳力模型和不同粒径颗粒间曳力模型分别采用RNG k-ε per phase模型、Gidaspow模型和Schiller-naumann模型,并应用商业计算流体力学软件Fluent进行数值计算,得到炉内颗粒速度分布、压力分布和颗粒浓度分布,并将压力分布与实测值进行对比。在欧拉双流体模型中分别采用单粒径固相模型和多粒径固相模型,并对模拟结果进行对比分析。结果表明,单粒径固相模型能够较好预测高低差速循环流化床炉内流动特性,为其优化设计、运行及大型化提供了理论依据。     

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。     

循环流化床气固两相流动数值模拟的研究进展

对循环流化床气固两相流动数值模拟的研究进展进行介绍,包括传统的欧拉双流体模型、基于颗粒动力学理论的双流体模型、基于拉格朗日坐标系下的颗粒轨道模型、能量最小多尺度模型和小室模型,并对上述模型的原理、发展和优缺点进行了描述。     

气固流化床光催化反应器的欧拉双流体模型模拟

气固流化床光催化反应器的设计是否合理直接影响到反应器的应用,文章选用欧拉双流体模型理论,对煤粉/空气流化体系在一定条件下进行数值模拟,并与实验测定结果比较。研究表明:欧拉双流体模型对于常温常压下反应管内气固两相流动的模拟结果与实验结果吻合较好,可以利用该模型对气固流化床光催化反应器的设计提供相关参数。     

气固环流反应器的研究进展

气固环流反应器是将气液环流理论与稠密气固流态化理论进行合理移植、耦合而形成的一种新型气固流化床反应器。对近年来国内外学者在该领域的研究进行了回顾,参考了内循环流化床的一些研究结果,对操作条件、几何结构对气固环流反应器内两相流体力学行为的影响规律进行了总结和分析,并对进一步的研究进行了展望。     

Deterministic chaos: a new tool in fluidized bed design and operation

Deterministic chaos theory offers new and useful quantitative tools to characterize the non-linear dynamic behaviour of fluidized beds. The dimension and entropy of the fluidized bed's strange attractor can be used for various purposes, such as the classification of fluidization regimes or fluidized bed scale-up. This is illustrated by experimental and model simulation examples of deterministic chaotic behaviour in ambient gas-solids fluidized beds of Geldart B particles. It is shown that the Kolmogorov entropy is dependent on, amongst other parameters, the gas velocity and the bed aspect ratio. In dimensionless scaling of fluidized bed reactors this type of relationship can probably be of use in establishing full dynamic similarity.     

组合约束型提升管出口气固分布器的压降

在一套组合约束型提升管冷态实验装置上,通过实验研究了不同操作条件下提升管出口气固分布器的压降,并与常规气体分布器压降进行了对比。实验结果表明,在零床层及有床层的操作模式下,气固分布器压降均随提升管内表观气速和颗粒循环强度的增加而增大,在颗粒循环强度较低时,气固分布器压降曲线变化的斜率随着表观气速的增加而增大,在颗粒循环强度较高时,气固分布器压降曲线变化的斜率随着表观气速的增加而减小;随着开孔率及上部流化床层压降增加,气固分布器压降呈降低趋势,当流化床层压降达到一定程度后,分布器各孔方可实现有效布气,此后气固分布器压降趋于近似不变;在相同表观气速及开孔率下,气固分布器压降大于常规气体分布器压降。     

微型流化床内混合特性的数值模拟

微型流化床反应分析仪是中国科学院过程工程研究所研制的具有等温微分反应特性,且适合于气固反应分析的新仪器。细微样品与高温流化介质的瞬间混合是该仪器实现等温微分的必要条件。针对如何满足该要求,基于欧拉多流体模型对连接不同进样器的微型反应器本体进行了三维数值模拟,得到了不同喷口结构和位置下的流动图景及混合区浓度的相对标准偏差曲线,定量表征了各种进样器的混合质量。同时采用高速摄像手段获得了冷态实验中颗粒流动的快照,验证了模拟计算结果的可靠性。模拟结果对脉冲射流微量进样器结构的优化提出了如下建议：进样细管应避免采用弯角喷口,弯角结构会导致脉冲进样载流气喷出方向与流化气流相逆,使得细微颗粒试样堆积滞留,影响混合效果。     

MODEL FOR PREDICTING THE LATERAL DISPERSION COEFFICIENT OF SOLIDS IN GAS-SOLIDS FLUIDIZED BEDS

The lateral mixing of solids in a gas-solids fluidized bed is very complicated.It can be caused by:(a)bubble movement through the bed,(b)bubble burst at the bed surface,and(c)gross particle circulation in thebed.However,experiments show that the major factors effected the lateral mixing of solids are the bubblemovement through the bed and the bubble burst at the bed surface.Thus a model with two mixing re-gions,i.e.mixing in bubble rising region and mixing in bubble breaking region,was proposed.Based on thismodel,an equation for predicting the lateral dispersion coefficient of solids in gas-solids fluidized beds wasderived without any adjustable parameter.The calculated values by this equation are well comparable withthe observed data including the present work and the other investigations.     

微型流化床反应分析的方法基础与应用研究

准确测试气-固反应特性、求算动力学参数和推导反应机理是能源、化工、冶金等过程工程领域的重要研究课题。通过分析现有气-固反应分析测试方法与测试仪器优缺点,本文作者提出了利用微型流化床(MFB,micro fluidized bed)实现低扩散、快速升温条件下的反应微分化和等温分析的测试方法,系统研究了反应器内的流体力学特性,研制了微型流化床反应分析仪(MFBRA,micro fluidized bed reaction analyzer),验证和展示了其对热解、燃烧(氧化)、气化、还原、催化、吸收等典型气-固反应的应用,充分揭示了微型流化床反应分析仪强化传热传质、降低扩散抑制、实现实时在线微分分析的特性,尤其为快速复杂反应提供了有效的研究分析手段,并且拓展了水蒸气气氛、在线颗粒采样、串联反应解耦等系列气-固反应研究与表征功能,形成了与热重分析互补的气-固反应分析方法和分析仪。     

鼓泡床床层高度的细网格DEM模拟

气固流化床DEM的细网格模拟中,采用传统方法计算网格空隙率和局部空隙率会对模拟结果造成较大偏差,给出一个精确面积分数模型和一个完全依赖颗粒环境的局部空隙率模型,从而更加合理地计算网格空隙率和局部空隙率。采用二倍颗粒直径的细网格模拟了小规模鼓泡流化床,模拟的气泡形状和尺寸与实验结果接近。模拟结果表明：采用给出的面积分数模型和局部空隙率模型能较好地模拟鼓泡流化床床层高度随时间变化的波形。     

边界条件和结构尺寸对提升管内气固流动特性的影响

引言提升管是非均匀结构显著的气固两相流动体系,其流动特性主要表现为轴向空隙率的S形分布、径向的"环-核"结构以及团聚物的生成和破碎等。近年来,有关数值计算方法的研究增多,其中双流体模型的应用最为广泛,颗粒动理学则是目前封闭控制方程的最合理有效的方法。     

Particle-scale simulation of fluidized bed with immersed tubes

In order to simulate gas-solids flows with complex geometry, the boundary element method was incorporated into the implementation of a combined model of computational fluid dynamics and discrete element method. The resulting method was employed to simulate hydrodynamics in a fluidized bed with immersed tubes. The transient simulation results showed particle and bubble dynamics. The bubble coalescence and break-up behavior when passing the immersed tubes was successfully predicted. The gas-solid flow pattern in the fluidized bed is changed greatly because of the immersed tubes. As particles and gas are come in contact with the immersed tubes, the gas bubbles will be deformed. The collisions between particles and tubes will make the tubes surrounded by air pockets most of the time and this is unfavorable for the heat transfer between particles and tubes.     

微型流化床内气体返混

微型流化床基础和应用在近几年受到越来越多的关注。针对微型流化床对气固反应分析的应用要求,利用脉冲示踪法研究了内径10 mm和21 mm两种尺寸微型流化床中的气体返混特性,具体考察了管内径、颗粒静床高度、床料颗粒粒径和气体表观流速对气体返混程度的影响。结果表明:随着床内径、颗粒静床高度和表观气速的减小和床料颗粒粒径的增大,气体在床内的返混程度减小。使用粒径约270 μm粗颗粒时,两种床径的浅层微型流化床中的气体返混程度都较小,对应的Peclet数在27以上,证明了床内气体流动接近平推流,从而为利用微型流化床最小化气体返混对反应测试的影响,获得近本征反应动力学参数提供了流动特性的保障。