数值模拟颗粒旋转对流化床内气固两相流动特性的影响

流化床内颗粒自旋转将影响颗粒相的流动特性.本文运用基于颗粒动理学理论的欧拉-欧拉气固多相流模型,考虑颗粒自旋转流动对颗粒碰撞能量交换和耗散的影响,数值模拟流化床内气体颗粒两相流动特性.计算结果表明颗粒的自旋转使得床内更容易形成气泡,颗粒浓度分布变化增大.颗粒自旋转运动将导致床内非均匀结构更明显.     

气固流化床与水平埋管之间换热系数的计算

由于大颗粒床与小颗粒床在气泡行为方面的明显不同,导致它们在传热机理上的差异,本文在气固流化床与水平埋管之间换热系数的计算方面,把流化床分为大颗粒床与小颗粒床两种情况处理,并将Saxena等人关于换热系数的计算关联式与国内部分研究者的实验结果进行了比较,为气固流化床与水平埋管表面之间换热系数的计算提供了一定的依据.     

湍动流化床内气固两相流动特性的数值模拟

采用欧拉-欧拉双流体模型,颗粒动理学方法模拟颗粒脉动流动和κ-ε双方程模型模拟气相湍流流动,考虑气固两相间耦合作用,数值模拟湍动流化床内气固两相流动行为,获得颗粒浓度和颗粒速度分布.计算结果表明湍动流化床呈现下部密相区、上部稀相区的颗粒分布特性.在密相区,沿床径向方向颗粒浓度在床中心处低、壁面逐渐增高;在稀相区颗粒浓度分布较均匀.沿轴向方向颗粒浓度呈底部浓度高、顶部浓度低的"S"型分布.     

基于摩擦-动力应力模型模拟喷动床气固流动

建立同时考虑颗粒和颗粒之间瞬间碰撞作用(瞬间接触)和非流化下颗粒滑动和滚动运动产生的颗粒半接触作用的颗粒碰撞-摩擦应力模型。推导具有普适性的固相动量守恒方程,建立高颗粒浓度气固两相流动模型,对喷动床内气体颗粒流动过程进行了数值模拟。模拟计算预测喷动床内喷射区、环隙区和喷泉区颗粒流动特性。预测喷动床内颗粒浓度和速度分布与他人实验结果相吻合。     

流化床埋管磨损的实验研究

本文对流化床内埋管的布置与磨损的关系进行了实验研究和理论分析，得到了管束的节距和布置高度对磨损特性的影响规律，并据此提出了埋管的防磨原则。实验表明，只有满足一定的条件，最大的埋管磨损速率才可能出现在底排管上，顺列管束才可能比错列管束磨损轻。     

弯头内气-固两相流动与管壁磨损特性研究

弯头是火力发电厂煤粉管道和烟道的主要异形件,气体夹带煤粉或煤灰颗粒在管道中形成高雷诺数气-固两相流,存在着流动特性复杂、阻力较大、冲蚀磨损严重等问题。本文采用欧拉多相流模型以及结合了颗粒固壁反弹模型和磨损模型的DPM离散相模型,分别对弯头内的气固两相流动阻力特性与磨损特性进行了三维数值模拟。通过分析弯径比、转弯角度、截面形状等结构参数对弯头模型阻力损失和内壁面磨损率的影响,提出了弯头的优化结构。     

六回路环形炉膛循环流化床悬吊屏结构布置对气固流动影响的试验研究

在六回路环形炉膛循环流化床冷态试验台上进行冷态试验研究,考察悬吊屏的结构布置对环形炉膛气固流动特性的影响。结果表明,短边悬吊屏的有无、内环布置/外环布置和屏的数量,对六回路循环流率的大小和分布影响很小。环形炉膛上部气固流动呈现"环-核"流动结构,悬吊屏对气固流动的影响限于屏区附近,使得屏区颗粒速度和颗粒浓度减小。屏宽的变化主要引起屏区范围的扩大或缩小。短边悬吊屏布置于外环壁面附近时,离出口越近的屏其屏间颗粒浓度越大,磨损越严重。悬吊屏下部,两片屏间整个屏区颗粒速度向上且分布较均匀;炉顶附近悬吊屏壁面附近存在贴壁下降流。屏间距的减小将加重悬吊屏的磨损。     

颗粒数方程的求解及流化床数值模拟

流化床内颗粒聚并和破碎将影响颗粒相的流动特性.本文运用基于颗粒动理学理论的欧拉一欧拉气固多相流模型,利用直接矩积分方法求解颗粒数平衡方程,建立颗粒数密度与连续性方程、动量方程之间的关系,数值模拟流化床内两种不同直径颗粒发生聚并时气固两相流动特性。计算结果表明,颗粒聚并伴随着床内颗粒直径逐渐增大,床内颗粒流化状态逐渐变为固定床状态,两种颗粒直径均增加,且小颗粒的体积分数逐渐减小、大颗粒的体积分数增加。当仅考虑聚并过程时增加流化速度将导致床内颗粒体积平均直径变大。随着颗粒密度减小,床内体积平均直径增加。     

微型循环流化床的CFD-DEM模拟

快速流态化是颗粒材料工业处理过程中的重要工艺手段,在各领域中都有极广泛应用。本文利用计算流体力学—离散单元方法(CFD-DEM),对典型快速流态化装置一微型流化床内的复杂气固流动现象进行尝试性模拟,模拟结果真实地还原了流化床内各个组件内复杂的气固流动特性。在此基础上,对装置内气固时均速度场、时均空隙率分布等进行了分析。发现这些统计量在入口和出口附近都有明显的波动变化,颗粒时均速度沿轴线呈反"C"型分布,装置结构对气固流动特性有重要影响。     

喷动床气固流动特性的三维CFD-DEM数值模拟

开展了柱锥形气固流动特性的CFD-DEM耦合三维数值模拟研究。气相场采用基于欧拉坐标体系的k-ε双方程湍流模型,固相场采用基于拉格朗日坐标体系的DEM直接数值模拟方法,跟踪离散颗粒场的每一个颗粒,考虑颗粒与颗粒(壁面)之间的碰撞力、曳力、重力、Magnus升力、saffman升力。颗粒之间的碰撞采用Hertz-Mindlin无滑移模型计算。模拟对象为柱锥形喷动床,其直径为0.152 m,喷口直径为0.019 m,模拟颗粒数22万,探讨了喷动床中射流随时间的发展,不同气速下床内气固流动结构,以及颗粒速度与颗粒浓度的分布,并与实验数据进行了对比。     

混合气流布置方式对循环流化床气固流动特性的影响

煤层气和煤矸石CFB混烧中,由于喷入的是可燃气体,燃烧所需的空气量及配风方式需要改变,必然会对炉内的气固流动特性产生影响.本文在煤层气和煤矸石某一混烧比下,确定所需的配风量和配风方式,通过改变混合气流的布置方式,对CFB炉内气固流动特性进行数值模拟.研究结果表明合理的布置方式可使炉内的气固混合较好,流动较稳定,且混合气流布置在两层二次风之间时,炉内密相区大部分颗粒速度较高,气固相间混合充分;密相区固体颗粒浓度较其它两种布置方式高,稀相区则相反,是比较合理的布置方式.研究结果对CFB混烧优化设计具有重要指导意义.     

大颗粒流化床与水平埋管的局部换热研究

本文给出了常温流化床中水平埋管的周向局部及平均换热系数的实验结果.结果表明,大颗粒床中水平埋管的局部换热系数分布及其随流化速度的变化规律与小颗粒床完全不同.大颗粒床中埋管周向换热系数分布呈“桃形”,后缘换热低于前缘.文中还给出局部换热随流化速度变化的规律.从大颗粒流化床的传热机理和动力学过程对流化床中水平埋管的局部换热进行了探讨.     

锅炉炉内含尘气流冲刷管束换热器的流动和传热特性研究

本文通过模型计算和实验对于含尘烟气冲刷圆管和螺旋肋片管的管束换热器的流动和传热特性进行研究。结果表明,换热管束的形式对颗粒的传热强化作用具有明显的影响。颗粒对圆管的传热强化作用必须予以考虑,而对于螺旋肋片管则可忽略。     

流化床锅炉气固流动特性数值模拟研究

流化床内气固两相流动是典型的Euler两相流模型,对其流动特性的研究,一直是多相流领域的热点和难点。计算采用CFD方法对流化床内Euler气固两相流动特性进行数值计算,在流化风速为5 m/s,初始填料高度为5 m,计算时间持续到50 s时,得到了流化床内的流动分布以及压力分布的规律。并且在其它参数不变的情况下,计算比较了颗粒直径为0.3 mm、0.4 mm、0.5 mm的工况,分析得到了颗粒直径的改变对Euler气固流动特性的影响并总结了相关变化规律。     

循环流化床多旋风分离器入口电容层析成像测量

旋风分离器是循环流化床锅炉的关键部件之一,其分离性能将直接影响整个循环流化床锅炉的总体设计及锅炉的运行性能.大型循环流化床锅炉采用多个旋风分离器与炉膛出口并联布置实现气固分离.研究其分离系统的气固两相流动特性可进行旋风分离器的分离性能分析。本文针对600 MW超临界循环流化床锅炉的冷态模型,采用电容层析成像测量技术进行旋风分离器入口烟道内气田两相流固相颗粒浓度测量,在不同床料量和炉膛表观风速下,研究多个旋风分离器入口固体颗粒分布特性,得到不同分离器入口处固体颗粒浓度随流化风速、初始物料量的变化,分析了电容原始信号的波动特性,研究结果对流化床大型化多分离器优化布置提供了支持.     

鼓泡流化床埋管磨损量及其分布的数值研究

本文采用离散颗粒单元法对流化床内颗粒运动及其与固定埋管受热面的相互作用进行颗粒直接数值模拟,其中颗粒之间的碰撞采用Tsuji等提出的软球碰撞模型处理,而流场的计算采用大涡模拟,其亚网格应力为Smagorinsky涡黏性模型,流动工况为两维鼓泡流化床.磨损量的估计是基于祝京旭等人的埋管磨损试验研究的结论,并结合本文数值模拟的结果,揭示了流化床埋管磨损量及其分布的若干规律.     

循环流化床内颗粒团运动的数值模拟

本文引入聚合力来表征稠密气固两相流动中颗粒所受到的团聚效应,井将颗粒团视为床内的离散相,建立了颗粒团的碰撞、形成及破碎模型。用此模型对循环流化床的两相流动进行数值模拟,得到了较详细的床内流动特性。计算结果表明,用本文的模型和算法模拟工程意义上的循环流化床内的两相流动是可行的。     

气固逆流式流化床颗粒团聚特性实验研究

气固逆流式流化床可结合气固并行上行床和下行床的优点,即较高的固含率和较低的返混,近年来逐渐受到关注.搭建可视化气固逆流式流化床实验台,采用石英砂(dp=113.5μm)颗粒为物料,对光纤探针在不同操作工况下获得的瞬时信号,采用阈值法研究了团聚物颗粒浓度、团聚物频率、团聚物持续时间和团聚物时间分率在不同轴向高度的径向分布.结果 表明:输运管边壁处团聚物颗粒浓度较高且团聚物生成与破碎严重,团聚物尺寸大小在径向分布上较为均匀.随着颗粒在输运管内下降,所有团聚物特征参数均有降低的趋势.此外,表观气速和颗粒质量流量的增大有利于大尺寸团聚物的形成.研究结果可弥补气固逆流领域的不足并为团聚物的模型构建提供相关依据.     

炉顶凸起对6分离器CFB气固流动的影响

本文在6分离器CFB冷态试验台上,研究了炉顶凸起空间对气固流动的影响。利用差压法测量炉膛颗粒浓度轴向分布,采用光纤探针测量不同位置的颗粒浓度和速度的径向分布,通过积料法测量6分离器的颗粒循环流率。通过试验结果的分析,得到炉顶凸起空间内的颗粒运动特性,以及不同凸起高度时的炉膛环核流动特性和颗粒外循环特性。本文的研究对大型多分离器布置CFB锅炉的结构优化设计具有参考意义。     

流化床水平埋管局部流动特性实验研究

一、引言 分析流化床内水平埋管的局部和整体换热系数的实验结果,发现换热表面的传热能力随着颗粒种类、流化速度和与来流方向的夹角不同而发生变化。可以推论,在特定的气固两相流化系统确定后,换热系数就与换热表面处的气固两相运动情况直接关联。从而要想了解床内换热表面与床层的换热机理和床层与埋设构件的相互作用,必须深入研究换热表面附近的气固两相运动情况。一些学者曾采用不同的工具和技术对此进行了研究。但这些研究大都或是局限于二维床的情况或是小颗粒的床层,而