静电除尘器数值模拟

针对静电除尘器建立了其流场、电晕电场、颗粒荷电与运动的三维数值模型,流场采用时均Navier-Stokes方程和雷诺应力标准湍流模型,电晕电场采用非结构有限容积法,颗粒运动采用拉格朗日方法,颗粒荷电采用对荷电率方程进行积分的方法,颗粒湍流扩散采用随机轨道模型,颗粒的粒径分布采用Rosin-Rammler分布描述,模拟计算了实验电除尘器电场分布、流场分布以及颗粒运动,极板上的电流密度分布计算值与实验值符合良好,颗粒向极板运动的速度在距离极板面5 mm处的实验值与计算值也符合良好,在模型验证基础上,进一步分析了电除尘器内部流场的分布、颗粒的荷电特性与运动轨迹以及各个粒径的除尘效率。     

确定性颗粒轨道模型在流化床模拟中的研究进展

随着计算机硬件的发展,基于颗粒尺度模拟稠密气固两相流的颗粒轨道模型发展很快.本文回顾了目前流化床模拟中确定性颗粒轨道模型的研究状况,概述了处理颗粒碰撞的硬球模型、软球模型以及DSMC方法在国内外流化床模拟中的研究成果,评述了颗粒间相互作用处理方法的优缺点以及适用的系统等,指出了确定性颗粒轨道模型发展亟待解决的问题,展望了确定性颗粒轨道模型未来的发展趋势.     

基于EDEM数值模拟的混料机结构优化

采用颗粒系统仿真软件EDEM建立粉料颗粒接触模型,模拟颗粒在混料机内部的运动状态,得到了颗粒在混料机内部的速度场分布和颗粒的运动轨迹。同时利用分析结果对混料机结构进行优化。在数值模拟的过程中存在以下问题:(1)模型的简化;(2)计算颗粒数的影响。     

稠密同轴气固射流的CFD模拟

同轴气固射流在能源领域具有广泛地应用,但大多数研究集中在颗粒浓度较低的工况。为了研究稠密同轴气固射流的流动特性,采用了稠密离散相模型(DDPM)耦合离散元模型(DEM)的方法对该体系进行计算流体动力学(CFD)模拟,该方法同时考虑了孔隙率对气固曳力的影响和颗粒间的碰撞作用。由于射流过程中,气体对颗粒的作用占主导,分别考虑了不同环形气体速度和气固曳力模型对气固流动的影响。模拟结果表明,该模型能合理地模拟在不同气速下稠密气固两相射流的颗粒弥散特性,与实验现象定性一致。在较高气速下,引入湍流模型对预测结果有显著影响,模拟得到的颗粒弥散程度较大。不同气固曳力模型对颗粒弥散的预测有明显影响,WenYu曳力模型下颗粒弥散程度较大,Gidaspow模型次之,SyamlalO’Brien模型给出的颗粒弥散程度较小。     

粘弹性颗粒驱油数值模拟研究

粘弹性颗粒驱油是特高含水油藏提高采收率的一种有效方法,该方法在矿场上进行了大量的应用,因此进行粘弹性颗粒驱油技术的数值模拟研究非常重要。本文在大量文献调研的基础上,指出了粘弹性颗粒驱油数值模拟中存在的问题,提出了改进的模型,利用改进模型研究了室内岩心驱替过程,结果表明形成的模型能较好的模拟粘弹性颗粒的驱油过程。     

流体-固体两相流的数值模拟

鉴于流体 -固体两相流及其数值模拟在化学工程中愈来愈广泛的应用 ,本文综述了Euler坐标系下流体相湍流模型、颗粒轨道模型以及流体 -颗粒双流体模型的基本原理和数值模拟方法 ;对相间耦合和颗粒间的相互作用也进行了介绍 ,特别是对能详细描述多颗粒间相互作用的颗粒离散单元法在流体 -固体两相流中的应用进行了详细描述 ;在评述各模型的优缺点和分析目前存在的问题的基础上 ,提出了今后的发展方向     

水平管气力输送的数值模拟研究

对气体相湍动能采用修正的k-ε二方程模型,颗粒相湍动动能采用颗粒动力学方法,考虑两相间的相互作用,发展建立了水平管气力输送的数学物理模型和计算方法.该模型能计算颗粒相压力、粘性系数、扩散系数、导热系数、颗粒温度等流体力学特性参数.用文献实验得到的压降和转捩速度验证了所建模型和计算方法的正确性.就水平管中圆柱坐标系下典型的三维悬浮气力输送过程进行了初步数值研究,得到了管道沿程压降、平均气体速度、平均颗粒速度和平均颗粒浓度的变化、以及输送方向上不同截面处的颗粒浓度分布.结果表明:在给定的输送条件下,颗粒在管中并不总是维持同样的悬浮状态,在入口和快速加速度段,悬浮颗粒易集中于管中心区域,从加速段到恒速段,悬浮颗粒逐渐向管底沉降;颗粒浓度在管截面上有两种分布状态.为进一步利用该法研究气力输送打下了基础.     

《颗粒流体复杂系统的多尺度模拟》介绍

本书概述了颗粒流体系统的基本概念以及颗粒流体系统模拟的基础知识，阐述了颗粒流体系统的复杂性及其多尺度结构，总结了作者多年来在颗粒流体复杂系统多尺度模拟方面的工作，展望了颗粒流体系统多尺度模拟研究的发展趋势。详细介绍了颗粒流体系统多尺度模拟的能量最小多尺度模型、双流体模型、确定性颗粒轨道模型以及拟颗粒模拟的基本原理、基本方法和相应的数值计算技术，并给出了上述多尺度模拟方法在工业应用中的一些成果。     

污泥干燥过程传热传质模拟

本文详细阐述了污泥颗粒在转筒干燥机内传热传质模型的建立过程,通过模拟得到了污泥颗粒表面温度、含湿量以及空气温度沿转筒轴向的分布结果,并将模拟结果与实际情况进行对比。结果表明,该模型与实际情况相符。     

鼓泡流化床内粉煤气化的数值模拟

将应用欧拉双流体模型对鼓泡气化炉内的气化过程进行研究。摒弃传统颗粒动理学理论中颗粒光滑无旋转的假设,引入颗粒的旋转运动,构建粗糙颗粒动理学理论来封闭双流体模型。基于燃烧理论建立粉煤热解、气化模型以及鼓泡床内气固之间以及气体和气体之间的传热、传质模型。采用该模型进行数值模拟计算,分析床内的气固反应过程,对比实验结果表明粗糙颗粒动理学理论适用于模拟鼓泡床气化炉内的反应。     

循环流化床脱硫反应器气固两相流动模拟

为加深对循环流化床脱硫反应器的流动特性的认识,本研究采用双流体模型,耦合非均匀曳力模型和颗粒动力学理论,使用非均匀的修正的Syamlal O?Brien曳力模型考虑颗粒团聚现象对气固流动的影响,对循环流化床脱硫反应器中的流体力学特性进行了数值模拟。模拟得到的时均颗粒浓度和压降值与实验数据具有较好的一致性,验证了模拟方法的可靠性。颗粒速度的时间序列和概率分布函数显示,在反应器壁面附近区域均存在颗粒的向上、向下运动,在床层内颗粒总体上向上运动,同时还存在微观的内循环运动。模拟结果为颗粒速度的径向非均一分布提供了合理的解释,较Gidaspow模型有更好的适用性。     

管道流动体系中水合物颗粒粒径分布特性数值模拟

研究管道内水合物颗粒的粒径分布特性对深水流动安全保障具有十分重要的意义。为模拟管道流动体系中水合物颗粒的粒径分布特性,本文首先建立了基于水合物颗粒聚集动力学的群体平衡模型。该模型重点考虑水合物颗粒在流动过程中的碰撞频率、聚并效率、破碎频率及破碎后子颗粒的粒径分布函数,可较好地刻画管内水合物颗粒的流动行为。随后,根据文献中的实验装置建立三维几何模型,利用FLUENT 14.5软件对上述群体平衡模型和相关固液两相流模型进行联合求解,借此模拟水合物颗粒初始粒径分布、水合物体积分数、管内流速和水合物颗粒初始粒径大小对管内水合物颗粒粒径分布类型及分布规律的影响。本文模拟结果与文献中相关实验数据吻合良好,可为水合物防治技术的发展提供技术支持。     

循环流化床中颗粒聚团特性的模拟

考虑到循环流化床中分散颗粒和颗粒聚团同时存在的多尺度结构,确定了密相和稀相加速度与计算网格局部参数之间的关系,建立了多尺度曳力消耗能量最小的稳定性条件,基于双变量极值理论,构建了考虑颗粒团聚效应的多尺度气固相间曳力模型。结合双流体模型,对循环流化床内气固流动特性以及颗粒聚团特性进行了模拟研究。通过与实验值比较,考虑颗粒聚团影响的计算模型可以更好地贴近实验结果,颗粒聚团直径随颗粒浓度增大呈现先增大后减小的分布趋势,气体和颗粒的加速度在模拟中与重力加速度同处一个数量级,求解过程中不能被忽略。     

循环流化床中颗粒聚团特性的模拟

考虑到循环流化床中分散颗粒和颗粒聚团同时存在的多尺度结构,确定了密相和稀相加速度与计算网格局部参数之间的关系,建立了多尺度曳力消耗能量最小的稳定性条件,基于双变量极值理论,构建了考虑颗粒团聚效应的多尺度气固相间曳力模型。结合双流体模型,对循环流化床内气固流动特性以及颗粒聚团特性进行了模拟研究。通过与实验值比较,考虑颗粒聚团影响的计算模型可以更好地贴近实验结果,颗粒聚团直径随颗粒浓度增大呈现先增大后减小的分布趋势,气体和颗粒的加速度在模拟中与重力加速度同处一个数量级,求解过程中不能被忽略。     

纤维过滤滤饼孔隙率计算机模拟

基于受限扩散模型,建立纤维介质表面粉尘颗粒沉积形成滤饼的模拟模型。粉尘颗粒在远离过滤介质的控制面上释放,假设对流扩散运动为颗粒输送和沉积的主要机理。定义Pe数为颗粒对流作用与扩散运动的比值,讨论不同Pe数对滤饼孔隙率的影响。对Pe数范围为0.25~1600进行模拟计算结果表明,Pe数对滤饼的孔隙率影响显著。当颗粒的扩散运动强于对流运动,颗粒沉积形成的滤饼为较为松散的结构,当Pe数较大时,颗粒沉积形成的滤饼为较为紧密的堆积结构。此外,考虑到实际过滤过程中粉尘颗粒大多为非等径粒子,也对多分散粒子对滤饼形成及孔隙率的影响作了分析。     

双区静电除尘模拟设计中的颗粒荷电模型选用

大气污染治理水平的提高对静电除尘器的净化效率提出更高要求。利用数值模拟设计静电除尘器有助于优化结构和提高性能,而模拟过程中选用的颗粒荷电模型很大程度决定了模拟结果的准确性。通过建立双区静电除尘器电场、流场和颗粒运动模型,计算两种荷电模型下双区静电除尘器内部颗粒运动轨迹,分析荷电模型对荷电区和收尘区内颗粒轨迹的影响。通过两种荷电模型下0.4 μm颗粒和7.5 μm颗粒去除率模拟值与实测值的对比,发现荷电模型导致的模拟值差异随颗粒粒径的减小而增大。定电量模型适用于电场荷电为主的大粒径颗粒,对扩散荷电的忽略使得该模型下小粒径颗粒的模拟去除率远小于实测值。综合考虑电场荷电量和扩散荷电量随时间变化的模型可以很好地反映小粒径颗粒的荷电特性,更适用于对小粒径颗粒荷电行为特征的数值模拟。     

喷动床内气固二相流动行为的计算模拟

采用双流体模型结合颗粒动理学理论对喷动床内气固二相流体流动行为进行了计算模拟研究。模型中运用颗粒动理学理论描述颗粒相应力封闭流体控制方程,使用Gidaspow曳力模型描述气固相间作用。喷动床内颗粒在浓相区的体积分数很大,采用Schaeffer′s模型描述颗粒间的摩擦应力。模拟计算结果表明,喷动床内分喷射区、喷泉区、环隙区3个区域,在射流入口处形成一个瓶颈。模拟计算得到的颗粒速度和空隙度分布与实验数据进行比较,计算结果与实验结果吻合较好。     

颗粒直径对吸附分离影响的数值模拟

基于Fluent的多孔介质模型,建立了变压吸附制氧发生器的立式填充床模型。采用用户自定义函数功能,以反映吸附传质、传热,并将多孔介质单相模型整合为更精确的气固两相耦合模型。在此基础上,模拟了吸附颗粒直径对气相压力、速度、床层压降以及氧气分离浓度、回收率等参数的影响情况。结果表明：床层压降随颗粒直径的增大而减小;床层对入口急流的抗穿透性能随颗粒直径的增大而减小;相同条件下,采用较小颗粒直径能够提高氧气分离浓度、回收率,原因在于小颗粒直径降低了床层内气体的流速,增加了吸附时间,促进了吸附的进行。     

气流床气化炉的CPFD数值模拟

利用CPFD(computational particle fluid dynamics)模拟方法对三维、全尺寸的气流床气化炉进行了模拟计算,建立起了适用于CPFD模拟方法的气化模拟模型。模拟结果与实验数据相一致,说明模型基本准确且CPFD模拟方法适用于气流床气化过程的模拟。借由CPFD模拟方法给出了颗粒相在气化炉中的具体反应历程及颗粒停留时间的概率分布;结果表明,在单喷嘴顶喷的气化炉中,同时存在颗粒相的轴向流动短路及返混,短路主要发生在炉中心区域;颗粒在炉中心区域反应剧烈而边壁区域反应则很缓慢,而且从气化炉流出的第一股短路颗粒主要由充分反应了的粉煤颗粒构成。     

基于LBM-DEM的鼓泡床内气泡-颗粒动力学数值模拟

将修正后的格子Boltzmann方法 (LBM)与离散单元法(DEM)相结合,建立LBM-DEM四向耦合模型对单口射流鼓泡床中气泡运动进行模拟。其中,流体相采用格子Boltzmann方法中经典的D2Q9模型,颗粒相求解采用离散单元软球模型,颗粒曳力求解采用Gidaspow模型,流固耦合基于牛顿第三定律。应用Fortran语言编程对上述模型进行求解,模拟得到了鼓泡床内气泡演化过程,并与相关实验进行对比,有效验证了当前模型的准确性。同时,分析了床层内颗粒速度、颗粒体积分数以及能量分布。结果表明:颗粒时均速度分布不仅能体现颗粒运动强弱,也可以反映气泡运动过程;床内空隙率与颗粒体积分数分布在预测床层膨胀高度上具有高度的一致性;初始堆积效应使得床内颗粒势能始终大于颗粒动能;随颗粒密度增加,势能增大,动能逐渐减小。