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.     

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。     

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     

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．     

基于MFIX开源程序下的气固两相流动特性的数值模拟

基于MFIX开源程序建立了三维喷动床内气固两相流动模型,利用MFIX-离散单元法(DEM)模型对源程序进行不同曳力模型的数值模拟计算,得到颗粒在三维喷动床内的流动特性,同时结合实验对喷动床内0.2～2.0 s内的颗粒流动特性进行了分析。结果表明:数值模拟与实验结果相似度较高,Gidaspow模型床高与实验结果较接近,但该模型床高波动范围较大,而Syamlal-O'Brien模型相对较为接近实验结果;2种曳力模型下model B比model A的死区范围小,采用model B流动性更强;随着时间的推移,床高会出现一个极值点,在此点前后床高波动较大, model B的床高极值点比model A的高,且Syamlal-O'Brien模型比Gidaspow模型出现床高极值的时间点往后推移。     

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.     

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．     

旋转播料对环形喷动床颗粒混合性能的影响

针对环形喷动床采用旋转锥播料器对环形空间给料的方法,研究喷动风速和床上物料量对颗粒混合规律的影响.结果表明:对于环形喷动床,其轴向混合速度明显高于圆周方向混合速度.旋转锥播料器有效地改善了环形喷动床的混合性能,特别是在圆周方向上,混合速度提高了10倍;喷动风速的提高有助于提高混合速度,这种效果在轴向更加显著;此外,增加床上物料量有助于提高终态混合物的均匀性.     

加压喷动流化床流型的试验研究

在一个内径100 mm的柱锥型喷动流化床上进行了喷动流化床流型的试验研究.试验中发现了5种不同的流型:固定床(FB)、鼓泡射流流化床(JFB)、节涌射流流化床(JFS)、充气喷动床(SA)和喷动流化床(SF).研究了静止床高、操作压力对喷动流化床流型的影响.结果表明:随着静止床高的增加,稳定的喷动流化床区域减少;随着操作压力的增加,稳定的喷动流化床区域增加.     

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.     

矩形截面螺旋通道内流体绕管流动特性的数值研究

基于Fluent软件采用数值计算方法建立了混合计算模型,对螺旋通道和直通道内流体绕换热管的换热特性进行研究,对比了2个通道中流体绕换热管流动的热工特性。结果表明:螺旋通道内侧脱点角度小于外侧脱点角度,且脱点均分布在湍流区域内;螺旋通道比直通道具有更高的Nu_m;β=15°和20°螺旋通道换热管壁面迎风侧Nu_m相比直通道分别提高4.0%和4.5%,背风侧则分别提高14%和18%;当螺旋角β=40°附近,螺旋通道达到最佳强化换热管壁面换热效果,螺旋通道内换热管壁面Nu_m相比直通道提高19%。     

加压导向管喷动流化床气化炉气体扩散规律研究

采用CO2作为示踪气体在内径200mm，高5m的全尺寸加压导向管喷动流化床中对床内气体扩散特性进行了研究，主要考察了操作参数（喷动气流率，流化气流率，操作压力，颗粒粒径和物性参数）对床内气体扩散的影响，归纳了喷动气旁路份额和流化气旁路份额随操作参数影响的试验关联式，可作为工程设计计算和实际操作的参考。     

工业供热中汽汽再热器换热强化数值研究

为了强化工业供热中的汽汽换热,通过CFD技术对不同类型换热管的流动及换热特性进行了研究。结果显示：光滑壁面时管壁两侧的高、低温蒸汽的温度梯度沿着流向逐渐变化,对流换热逐渐增强;相比于光滑管,采用内波节管和内螺纹波节管时,高温蒸汽侧的温度梯度增大,而低温蒸汽侧的壁面温度梯度明显增大;采用壁面异型结构能够改变管壁内温度梯度,采用内螺纹波节管尤甚。采用内波节管和内螺纹波节管的平均Nu相比于光滑管显著提高,最大值分别提高了26%和30%。     

水平携带床内玉米秸秆颗粒运动的PIV测量

为了研究生物质颗粒在等离子体快速热解液化设备水平携带床热解管中的运动,设计制造了水平携带床冷态模拟装置.利用PIV无接触测量技术,对玉米秸秆颗粒在管内的速度分布进行了研究,求出了颗粒和氩气通过管道所需的平均速度和平均时间.研究结果表明,颗粒在管道内的运动速度沿轴向不断增大,管道中心附近的颗粒速度增大最为明显,靠近管壁附近速度变化相对较慢;颗粒在管内的速度分布沿径向近似呈类似抛物线状分布;颗粒的平均运动速度比氩气的低,颗粒通过管道的平均时间略大于氩气的平均时间.     

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。     

槽式太阳能DSG系统集热管内强化传热的数值模拟

为了强化集热管内蒸汽换热,避免管壁温度过高,对槽式太阳能直接产生蒸汽系统(DSG)采用内螺纹管和光管时过热段的传热及阻力特性进行了数值模拟,分析了螺纹高度、螺距和雷诺数对螺纹管内换热特性和流动阻力特性的影响,并与光管的数值模拟结果进行了比较.结果表明:内螺纹管增强了管内蒸汽扰动,提高了集热管换热性能,降低了管壁温度.螺纹管的努塞尔数Nu是光管的1.6～2.4倍,且螺纹高度越高、螺距越小,换热性能越好;螺纹管的阻力系数f是光管的3.1～8.7倍,且螺纹高度越高、螺距越小,f越大.     

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.     

300MW循环流化床锅炉稀相区的传热研究

本文针对燃烧煤矸石的循环流化床锅炉的传热情况展开研究,以山西平朔电厂1台300 MW的循环流化床锅炉为实例,采用环核模型和颗粒团更新模型,对稀相区的传热系数分布进行建模计算,本文所建模型考虑炉内床温实际分布特征,根据现场温度实测数据对模型进行修正,研究了对流和辐射换热系数在不同负荷下沿炉膛高度的变化情况。锅炉在较高负荷下运行时,负荷的波动对颗粒团壁面覆盖时均份额影响较小,继而对炉内对流换热影响较小。炉内环形区温度沿床高的偏差随负荷升高略有减小,且对辐射换热影响比对流换热大。随着负荷升高,对流换热系数沿炉高下降增大,而辐射换热系数沿炉高下降减小,高负荷时炉内总换热系数沿炉高下降25%左右,低负荷时沿炉高下降28%左右,高负荷下炉内沿高度温差更小,传热更稳定。     

循环流化床传热系数的计算模型

本文在循环流化床流动模型的基础上建立了传热模型，流动模型根据实际运行情况考虑了颗粒的宽筛分，并把床层在轴向上分为密相床和稀相床两部分。在密相床内，传热按照鼓泡床传热微型进行计算；在稀相床内，传热模型建立在颗粒团更新的假设基础上，根据假设，床层由颗粒浓度很低的上升稀相和相对颗粒浓度较大的颗粒团两部分组成，两部分交替地与床壁面接触，床层和受热面间局部换热系数和颗粒浓度及两部分接触壁面的份额有关。模化结