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。     

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．     

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．     

底饲进料循环喷动床气固两相流数值模拟

底饲进料循环喷动床烟气脱硫装置采用底饲进料、面饲回料,是一种改进的干法烟气脱硫技术。该技术应用底饲进料系统将新鲜脱硫剂喷入塔内,通过改善进料颗粒在塔内截面上的均匀分布,从而进一步提高脱硫剂的钙利用率。应用Euler/Lagrange方法模拟研究了不同进料方式对脱硫塔内颗粒流动和混合的影响。结果表明:底饲进料循环喷动床底部喷射流的存在对于塔内气固两相流有明显的优化作用;相对于常规循环流化床采用面饲加料,底饲进料方式可以使进料颗粒在塔内截面上尤其是底部喷水增湿区域分布更加均匀,气固混合得到明显增强;底饲系统采用六口喷嘴可以获得更好的改善效果。     

增压导向式喷动流化床流动特性的数值模拟

采用双流体模型对增压导向式喷动流化床内喷动区和环形区气固运动速度和空隙率进行数值模拟。计算结果表明,喷动区颗粒速率在初始阶段急剧上升而气体速度则急剧下降,进入导向管后趋于平缓,而且颗粒加速程度不写系统压力有关,还形区气体速度在卷吸段增大,进入隔离流区后保持不变,而颗粒下降速度一直保持不变,喷动区的空隙率在卷吸段下降,进入导向管后又开始上升。     

压力对喷动流化床煤气化影响数值模拟

借助CFD(Computational fluid dynamics)软件平台首次建立了三维喷动流化床气化动力学模型.此模型包含了以下子模型:气固流动模型,煤的挥发分析出模型,焦炭气化反应模型,气相间的均相反应模型.此模型重点考察了操作压力的变化对煤气化的影响.当压力为0.1MPa时,一氧化碳,氢气,甲烷的摩尔分数分别为8.75%,10.5%,3%,压力为0.3Mpa时,一氧化碳,氢气,甲烷的摩尔分数分别为11.2%,12.81%,4.27%.煤气质量在加压后有了明显的提高,并通过试验结果进行了验证.     

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.     

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.     

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.     

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。     

温度对喷动流化床煤气化影响的数值模拟

建立了基于CFD的三维非稳态的喷动流化床煤气化动力学模型,考察了温度对喷动流化床煤气化影响。此模型包含了以下子模型：气固流动模型,煤的挥发分析出模型,焦炭气化反应模型,气相间的均相反应模型。焦炭的非均相反应的速率由气体的扩散和化学反应动力学共同控制,气体的均相反应可以作为二级反应来处理。试验结果和模拟的计算结果进行了对比,验证的结果表明了此CFD模型可以用来预测煤气化的反应过程。     

浮泥床面桥墩绕流冲刷的数值模拟

基于Mike 21软件建立了浮泥输移的平面二维数学模型,计算分析了浮泥河床建桥前后的水流流动形态和床面变形状况。结果表明,建桥前后主槽内河床变形均呈单向冲刷变形,岸滩上则以淤积为主;建桥后主槽冲刷能力增强,但增加幅度不大,且冲刷幅度和水深较均匀,与常见沙质河床的冲刷区别较大;桥墩尾流区内水流流速较小,冲刷幅度较小;桥墩纵横向的阻流范围约在2倍椭圆桥墩的长、短轴位置内。     

底饲进料循环喷动床流场分布特性研究

通过数值模拟和冷态实验,研究底饲进料循环喷动（Underfeed Circulating Spouted Bed,UCSB）反应塔内的气相流场分布,并比较不同的操作条件对流场分布的影响。通过研究表明：相对于面饲进料,采用底饲进料能够显著改善反应塔内截面的流场分布,提高喷射速度能使塔内气体速度径向分布更加均匀。     

底饲进料循环喷动床进料与回料混合特性及影响因素

分别以石英砂和消石灰模拟进料和回料,对一台0.6m×15m底饲进料循环喷动床脱硫塔内颗粒混合特性进行了研究。利用石英砂和消石灰在水中溶解度的差异计算得到底饲进料与回料在不同位置的混合熵和不同高度上的混合指数,并分析不同操作参数对塔内颗粒混合行为的影响。研究结果表明:混合指数能够很好地反映塔内进料与回料颗粒的混合质量;随着流化速度的提高,塔内不同高度上的混合指数呈上升趋势;喷射速度和循环倍率对塔内尤其是反应塔底部的颗粒分布特性有明显影响,采用较高的喷射速度和循环倍率,混合指数随之上升,说明塔内颗粒的混合质量得到改善。     

流化床表面传热系数的直接数值模拟

采用数值试验方法对表面传热系数进行了直接数值模拟．在流化床表血传热系数模型中,流体相的运动和传热规律以Euler方法描述,对固体颗粒相运动和传热规律则以离散单元法(DEM)在颗粒层次上进行描述．利用该模型,对一个二维鼓泡流化床内瞬时和局部传热系数进行了模拟,得到了瞬态表面传热系数随流化速度的变化规律,以及局部传热系数随高度的变化规律．该规律与Ozkaynak等人的实验研究结果以及Syamlal等人采用颗粒相拟流体模型的数值模拟结果相一致,但与双流体数学模型相比,该模型所需主观假设较少且适用范围更广．     

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.     

燃料反应器中甲烷化学链燃烧的数值模拟

为了更好地了解化学链燃烧过程中气固流动的特点以及反应特性,基于化学动力学理论和颗粒动理学理论,考虑高颗粒浓度下摩擦应力的影响,运用双流体模型,对燃料反应器内化学链燃烧过程进行数值模拟,得到了燃料反应器内流场特性以及温度场分布规律。模拟结果同时得到了反应器内颗粒所形成的内循环流动结构。