一种新型可变导热管传热与控制温度机理分析与实验

首次提出了一种新型可变导热管换热装置,用于增压沸腾流化床发电系统中出灰管的冷却与温度控制。分析与实验表明：在出灰管内灰渣流动不稳定,即外界加热负荷或者冷却条件显著变化时,热管的工作温度几乎不变,能够控制在要求的范围内;热管工作温度随充气量增大而增高,但控制温度特性没有明显改变;与常规热管不同,可变导热管内蒸汽温度沿冷凝段轴向显著变化,蒸汽凝结受到了抑制,热管传热量有所减少。     

气固流化床中细长颗粒数量浓度分布的数值研究

细长颗粒的循环流化在工业生产中具有非常广泛的应用背景,如生物质秸秆在循环流化床中的燃烧、烟丝在循环流化床中的干燥或加湿等。由于细长颗粒具有六自由度,因此,其运动姿态比球形颗粒复杂,其在流化床内的流化特性也不同于球形颗粒。细长颗粒的数量浓度分布是细长颗粒流化特性的重要特征之一。根据直接模拟Monte Carlo(DSMC)方法的基本思想及刚体动力学原理,建立了考虑细长颗粒间相互碰撞的三维细长颗粒流化运动数学模型,并采用此模型对某一实际流化床内的气固两相流场进行了模拟研究。在实验提升管内,所有物料中小长径比的细长颗粒最先由提升管的近壁处到达提升管出口。细长颗粒在流化过程中有明显的迁移和絮团现象。在流化状态下,细长颗粒的数量浓度分布基本不随入口风速发生变化。     

液液雾化特性与粒径分布规律

液液雾化过程是液液循环流化床的关键技术之一,在流化床常态实验装置上,采用快速摄像与图像处理相结合的方法,获得了实验流量范围内液滴形成过程的图像以及形成液滴的粒径信息,运用数学分布函数对液滴的粒径分布进行了研究。研究结果表明,各流量工况下,液滴的粒径分布与Rosin-Rammler分布符合得较好;在实验流量范围内,形成液滴的区域有单液滴形成区域、过渡区域和多液滴形成区域,且液滴中位径的总体趋势是减小的,当水的流量为50 ml·min-1时,形成液滴的粒径主要集中在0.7～1.0 mm之间;在单液滴形成区域和多液滴形成区域,液滴粒径的均匀性先减小后增大,中位径呈减小趋势,但在多液滴形成区域两者的变化幅度较小,在过渡区域,液滴粒径的均匀性与中位径基本不变。研究结果可为液液循环流化床基于设计粒径的要求合理选取运行流量提供可靠依据。     

多相喷涂制作毡体的实验与数值模拟研究

本文提出一种新的喷浆制毡工艺,采用雾化器将纤维浆液雾化后喷洒到模具而形成毡体,该方法具有可操作性强、适用范围广等优点。本文通过建立实验首先验证了该方法的可行性,进而对影响毡体均匀性的关键因素进行了深层次的研究。在进行实验研究的同时,平行开展了数值模拟研究,将雾化后的浆液作为离散相颗粒处理。获得了毡体均匀性与雾化器高度,雾化角之间的相应规律。建立雾化器移动喷浆制毡数值模拟平台,以毡体厚度分布方差为毡体均匀性指标,采用拉格朗日方法计算跟踪离散雾化液滴,探索出不同雾化角雾化器制作均匀性良好毡体的移动规律。     

循环流化床内细长颗粒取向分布的多向耦合数值模拟

采用拉格朗日时间尺度与k-ε模型的耦合关联式,构建三维多向耦合的细长颗粒气-固两相流模型,并采用此模型对某一实际流化床内的细长颗粒两相流场进行了数值模拟.研究发现,在提升管内径向方向上,由中心区域到近壁区,细长颗粒的取向性越发趋于明显,除近壁区受壁面约束影响外,其他区域均以15°~30°章动角姿态流化运动的细长颗粒最多;在高度方向上,由床层底部到提升管出口处,细长颗粒的取向性越发趋于明显并在提升管出口处达到最大值.     

水平管稠密粉体气力输送流型演变的模拟研究

本文通过基于欧拉-拉格朗日方法相结合的数学模型描述颗粒间作用力,利用文献实验结果验证该数学模型的有效性。模拟结果清晰展现了稠密相气力输送过程中栓塞流,沙丘流和分层流流型的演变过程。在不同表观气速、固相质量流率条件下,流型的转换可通过相应关系图清晰展示,获得了在输送管径10 mm条件下,平均粒径200μm的粉体物料不同输送流型与操作参数之间的关系。     

滚筒干燥器内丝状物料的传热传质特性研究

干燥涉及众多生产领域,卷烟加工过程中存在干燥环节,滚筒烘丝机是用于干燥烟丝的主要设备。在滚筒烘丝机内,烟丝与周围环境进行热质交换,不同的运行控制条件,将直接影响烟丝的品质。由于干燥过程受众多因素的影响,至今烟草加工企业对烘丝机内部烟丝的传热传质特性缺乏深层次的认识,不利于烟丝品质的提高。针对上述背景,本文基于传热传质学、流体力学、多相流动等相关理论,通过计算机数值模拟方法,建立并求解滚筒内的传热传质数学模型,获得不同操作条件下烟丝温度、含水率变化的详细信息,并将所得结果与实际生产数据相验证。研究结果表明,烟丝与气流逆流流动条件下,干燥过程存在三个阶段：预热段、恒速段、降速段,烟丝含水率先升后降,烟丝温度经历先升高、后降低、再升高的过程;顺流流动条件下,干燥过程存在两个阶段：预热段与恒速段,烟丝含水率沿程单调下降,烟丝温度在预热段急剧上升,在恒速段平缓上升。     

顺流式滚筒干燥器内丝状物料的传热传质特性研究

干燥是大多数农副产品、食品等加工过程中必不可少的环节,干燥即加热去湿过程,伴随着热质的传递与交换。在烟草行业,烟丝干燥是制丝工艺中的一道关键工序,最常使用的设备是滚筒烘丝机。由于传热传质问题本身的复杂性,以及干燥过程受温度、风速等众多因素的影响,关于滚筒内烟丝传热传质特性的认知还不够深入。为了研究烟丝与气流在顺流流动情况下,滚筒烘丝机内烟丝的传热传质特性,本文基于传热传质学、多相流动等相关理论,建立起滚筒内的传热传质数学模型,通过计算机数值模拟方法,分别研究了不同加料量、壁温、气流流速条件下烟丝的干燥过程。研究结果表明:加料量对烟丝含水率、温度的影响比较明显;壁温是影响烟丝传热传质特性的关键因素,壁温大小直接决定着烟丝含水率及温度的高低;气流流速对烟丝传热传质特性也有一定的影响,且流速在0.2～0.6m/s范围内存在一极值点,使得烟丝最终含水率随流速的增加先下降后略有上升。     

破泡结构对洗涤室内气泡特性的影响研究

为优化控制水煤浆气化工艺中洗涤冷却室内的气泡特性,强化洗涤传热、传质效果,采用流体体积模型(VOF)对冷却室内的冷态气液两相流动进行数值模拟,分析了破泡板对气液两相流动、气泡平均湿周和气含率的影响,比较了破泡板平行、交错2种开孔方案的破泡效果。结果表明,增加破泡板能减小液位波动、破碎和扩散气泡,有利于增大气泡湿周;破泡板上交错布孔比平行布孔更有助于均布纵截面平均气含率。     

圆柱绕流现象的格子玻耳兹曼数值模拟

用新近发展的格子玻耳兹曼方法对圆柱绕流现象进行了数值模拟计算，将模拟结果与实验结果进行了比较分析，获得了很好的一致性，反映出相同的流动特征。通过实际算例的应用，对格子玻耳兹曼方法的优点、发展潜力和目前存在的主要问题进行了讨论。