加压二维鼓泡床气固流动特性的数值模拟

采用欧拉双流体模型模拟了加压下二维鼓泡床内的气固流动特性,结果表明:在相同的表观气速下,加压使气泡体积分数增大,气泡相与乳化相间的分解越发明显,气固两相流动、混合剧烈;同时,床层中上部颗粒轴向速度的径向分布不均匀性增强:中心区颗粒速度增加,近壁区下降;随着操作压力变大,流化床膨胀高度增大,相应地,整体气含率增大,床层下部的颗粒浓度减小,而上部颗粒浓度增加,固含率在轴向上的分布更均匀;床层压力波动主要由两种成分构成:低频率高幅值和低幅值高频率成分.压力脉动强度随床高的增加呈现先增大后迅速减小的趋势;此外,加压下床层压力脉动强度变大,即床压波动更加剧烈;而且加压下颗粒拟温度增大,即颗粒速度脉动增强.     

二维鼓泡床内气液流动特性实验与数值模拟

采用高速摄像法测量了0.20 m×0.02 m×2.00 m拟二维床内气泡尺寸分布和流型等变化规律,结果表明,随着表观气速的增大,鼓泡床内依次呈现均匀鼓泡区、过渡区和湍动区3种形式,以气泡个数概率表示的气泡尺寸分布呈对数正态分布。以计算流体力学软件ANSYS CFX 10.0为平台,采用k-ε湍流模型和GRACE曳力模型对气液鼓泡床内流体动力学行为展开了数值模拟,其结果与实验值比较吻合。研究表明,从多相流理论出发的计算流体力学模拟方法可以用来预报鼓泡床内流型过渡等流体动力学特性。     

鼓泡床反应器流动特性的CFD研究进展

从计算模型和影响因素2个方面系统综述了鼓泡床反应器内气液两相流CFD的研究进展。介绍了与模型建立相关的多相流模型、湍流模型、相间作用力和气泡尺寸模型的选择和适用情况。总结了表观气速、液相性质、反应器尺寸、分布器和内构件等对反应器流动特性的影响。最后指出了目前存在的不足,并对其发展进行了展望。     

B类颗粒在鼓泡流化床中流动特性的数值模拟

采用欧拉双流体模型对鼓泡流化床中气-固两相流动行为进行数值模拟。模拟结果表明,采用结构曳力模型能够较好地预测B类颗粒在鼓泡流化床中的流动行为。对比初始流态化颗粒浓度图和完全流态化颗粒浓度分布图,可以发现结构曳力模型能够较好地展现鼓泡流化床中气泡的运动特性。当比较不同曳力模型下的模拟结果时,结构曳力模型比传统曳力模型能够更好地预测颗粒的径向分布。     

鼓泡流化床风室及分布板区域流动特性的数值模拟

采用计算流体力学(CFD)软件对采用切向进风和垂直进风情况下不同开孔率气体分布 板的鼓泡流化床流态化特性进行研究,模拟风室及分布板区域的气体流动轨迹及其速度分布变化.结果表明:气体在切向进风形式下接近层流运动的上升状态,与垂直进风形式所产生的无序湍流上升状态相比,垂直进风形式下气体速度在空间分布更加均匀,受边界条件影响所导致的风室内局部风速过高情况较少;分布板开孔率在0.15％～1.0％变化时,随开孔率增大,气体压降逐渐减小,气体均匀性逐渐稳定;气体分布板开孔率为0.5％时,气体分布均匀性和分布板压降较合理.     

空气鼓泡器对玻璃熔窑内流动和传热特征影响的数值模拟

本文采用数值方法模拟了空气鼓泡器对窑炉内玻璃液流动和传热特征的影响,给出了采用或不采用鼓泡技术时窑炉内玻璃液流动和传热的二维数值计算结果.结果表明,鼓泡器对增强玻璃的流动和传热有显著作用,合理采用该技术则能明显提高玻璃质量.     

鼓泡破泡一体化高效精馏塔盘流动特性与CFD模拟

就痕量精馏中塔板传质效率低、需强化气液传质的问题,研究者提出了新型鼓泡破泡一体化高效精馏塔盘,通过在筛板上泡沫层高度范围内设置一层破泡装置,打破大气泡,减小气泡体积,强制界面进行更新,从而提高传质效率。采用双欧拉模型分别对鼓泡破泡一体化塔盘和筛板进行了气液流场的数值模拟,并对模型进行了验证。对比两种塔板的计算结果可以看出：在相同操作条件下,破泡装置将大气泡破裂成无数小气泡,使高气含率区域面积较普通筛板进一步增大,且气含率梯度变化更均匀;增加破泡装置后,在相同气速条件下气泡上升速度下降,气体在液层中的滞留时间延长,使鼓泡层高度增加,可显著提高传质效率,且降低了气体雾沫夹带量;破泡装置还明显改善了气相的纵向分布,气含率由塔板底部向上逐渐增大且存在明显分界;破泡装置附近湍动较剧烈,气泡破碎喷出的气体会进一步撕裂液膜,气体破碎作用会抑制气泡聚并,促进界面的快速更新更有利于传质过程的进行。研究结果可对工业塔板设计和优化提供指导。     

鼓泡破泡一体化高效精馏塔盘流动特性与CFD模拟

就痕量精馏中塔板传质效率低、需强化气液传质的问题,研究者提出了新型鼓泡破泡一体化高效精馏塔盘,通过在筛板上泡沫层高度范围内设置一层破泡装置,打破大气泡,减小气泡体积,强制界面进行更新,从而提高传质效率。采用双欧拉模型分别对鼓泡破泡一体化塔盘和筛板进行了气液流场的数值模拟,并对模型进行了验证。对比两种塔板的计算结果可以看出:在相同操作条件下,破泡装置将大气泡破裂成无数小气泡,使高气含率区域面积较普通筛板进一步增大,且气含率梯度变化更均匀;增加破泡装置后,在相同气速条件下气泡上升速度下降,气体在液层中的滞留时间延长,使鼓泡层高度增加,可显著提高传质效率,且降低了气体雾沫夹带量;破泡装置还明显改善了气相的纵向分布,气含率由塔板底部向上逐渐增大且存在明显分界;破泡装置附近湍动较剧烈,气泡破碎喷出的气体会进一步撕裂液膜,气体破碎作用会抑制气泡聚并,促进界面的快速更新更有利于传质过程的进行。研究结果可对工业塔板设计和优化提供指导。     

大涡模拟方法模拟鼓泡床内气固两相流动

采用大涡模拟（LES）方法模拟气相湍流,颗粒动理学方法考虑颗粒相碰撞产生的动量和能量传递和耗散,采用颗粒相大涡模拟方法（LESp）模拟颗粒脉动导致的能量耗散,同时考虑介观尺度对颗粒相压力的影响,建立了气体-颗粒LES-θ-LESp双流体模型,研究鼓泡流化床内气固两相流动的特性。数值模拟与文献实测颗粒速度和实测颗粒浓度结果具有相同的变化趋势。     

基于气泡EMMS模型的鼓泡床两相流动CFD模拟

采用两步法将气泡EMMS模型拓展到计算网格层次,用于模拟鼓泡床两相流动,改进的EMMS曳力模型不仅与空隙率有关,且与网格内的速度直接关联.求解是在操作条件下利用宏观稳定性约束条件寻优得到乳化相内空隙率关系式,再用计算网格层次上的微观守恒方程结合乳化相空隙率关系式封闭求解其余结构参数及对应的曳力系数,最后借助用户自定义函数将气泡EMMS曳力嵌入双流体模型中,对含Geldart A类颗粒的鼓泡床内气固两相流动行为进行模拟与验证.结果表明,该模型能较好地模拟鼓泡床内的非均匀流动结构,准确捕捉到上稀下浓的轴向颗粒浓度分布特征,轴向颗粒浓度分布结果与实验值较接近,平均相对偏差为6.4%.床层径向上颗粒分布均呈明显的环-核结构.在不同床层高度(0.6,0.8和1.1 m)处的径向颗粒浓度分布与实验值基本吻合,仅在底部(0.4 m)略低,相对偏差小于14%.而Gidaspow曳力模型在4个床层高度与实验数据差距甚远,相对偏差可达91%.     

Granular Temperature in Bubbling Fluidized Beds

In the CFD simulation of industrial‐scale bubbling fluidized beds, coarse grids are necessary due to limited computation resources, which creates a problem about how to characterize the effect of meso‐scale bubbling structures on the particulate phase stresses and inter‐phase interaction force. In this paper, the two‐phase theory of bubbling fluidization is applied in the analysis of the fluctuation characteristics of solid volume fractions and then it was used to establish a simple model for granular temperature in bubbling fluidized beds, which is based on the local pseudo‐thermal energy balance. It was shown that the granular temperature obtained experimentally is well predicted by the present model.     

Numerical Simulation of Particle Segregation in Bubbling Gas‐Fluidized Beds

A multi‐fluid Eulerian model incorporating the kinetic theory of granular flow is used for the simulation of bubbling fluidized beds containing a binary mixture of Geldart B particles at low gas velocities. The cases of density, size and combined density/size segregation are investigated using computational fluid dynamic simulations. Various expressions for the drag force are evaluated for predicting different segregations. The simulation results show that summation of the particle‐particle drag force, i.e., the “hindrance effect” term, and the Stokes drag of particles, which is modified based on the Wen‐Yu drag model can be used for accurate simulation of a binary mixture of particles differing in size, density, or both. Bed expansion and dimensionless axial segregation profiles of CFD results are compared with the experimental data and good agreement is found.     

鼓泡流化床中气泡行为的模拟

应用气体拟颗粒模型模拟了单孔、双孔分布板流化床的鼓泡现象,动态地显示了气泡生成、上升、长大以及破裂的全过程,结果与已知的实验观测基本一致.     

高温鼓泡流化床流体动力学特性

流化床催化反应过程、煤的流化床燃烧与气化等多种流化床工业应用都涉及高温操作。文中结合研究结果 ,综述了温度对最小流化速度、最小流化空隙率、床层膨胀比和气泡直径的影响。在前人研究的基础上 ,对今后高温流化床的基础研究提出了建议     

脉冲鼓泡流化床压力波动特性的模拟

在分析脉冲气流作用下均匀鼓泡流化床的波动结构和波动机理的基础上,建立了反映其压力波动特性的二维离散单元模型。根据脉冲鼓泡流化床的特点,提出了模型离散单元的划分方法,确定了系统的模型参数。采用直接数值积分的方法,对床层的压力波动进行了模拟研究,计算与实验结果基本上一致。     

振动流化床中床层空隙率的分布

在φ１４８ｍｍ的振动圆柱形流化床内,采用树脂、玻璃珠、小米及砂子等Ｇｅｌｄａｒｔ‘Ｂ和Ｄ类物料,测定了振动强度为１－８ｇ,流化床为１．０－３．０条件下气固流化床床层空隙率的变化,考察振动条件下床层轴向径向的空隙率分布,探讨了床层空隙率的一些影响因素,并根据实验结果对振动流化床的平均空隙率进行了无因次数式关联,此关联式对实际振动流化床的操作与工程设计具有一定的指导意义。     

气固流化床多传感器信息传输的复杂性研究

在Shannon信息理论的基础上，应用信息传输率在相空间中关联压差、压力及光纤颗粒浓度三种不同传感器测量的信号。引入算法复杂性来刻画信息传输率随时间变化的动态特性，从而导出了多传感器信息传输矩阵ITM。并研究了矩阵平均值MITM在不同流化状态下的变化规律。结果表明MITM能够区分不同流型，特别是对从鼓泡到湍动的变化有明显的指示作用。     

基于CPFD的流化床数值模拟

流化床的数值模拟在流化床结构设计和放大中有着重要作用,目前得到广泛应用的多种基于CFD的数学模型在工业尺度的计算中存在不同缺陷。本文引入一种基于CPFD理论的方法,对射流流化床和鼓泡流化床分别进行了数值模拟,结果显示该方法能够有效模拟大量颗粒的两相流体系,反映颗粒和流体的真实运动状态。     

循环流化床的沸腾传热

A model is proposed to predict boiling heat transfer coefficient in a three-phase circulating fluidized bed (CFB), which is a new type of evaporation boiling means for enhancing heat transfer and preventing fouling. To verify the model, experiments are conducted in a stainless steel column with 39 mm ID and 2.0 m height, in which the heat transfer coefficient is measured for different superficial velocities, steam pressures, particle concentrations and materials of particle. As the steam pressure and particle concentrations increase, the heat transfer coefficient in the bed increases. The heat transfer coefficient increases with the liquid velocity but it exhibits a local minimum.The heat transfer coefficient is correlated with cluster renewed model and two-mechanism method. The prediction of the model is in good agreement with experimental data.     

脉动流化床的数值模拟

运用Fluent 6．3中的欧拉-欧拉模型模拟传统流化床与锯齿形波脉动进气流化床的运动特性，并进行对比，针对沿床高的气泡高度、当量直径及内压等因素进行分析，得出脉动锯齿形波进气流化效果比传统流化效果明显提高。