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。     

四角喷燃炉膛内湍流三维气相燃烧和气固两相流动的数值模拟

目前,已建立的绝大多数炉内三维数值模拟都以颗粒轨道模型为基础。颗粒相连续介质模型已成功地应用于模拟气固两相射流及煤粉燃烧室内的三维气固两相流动。本文将它应用于四角喷燃炉膛内流动的模拟,作为炉内粉煤燃烧全过程数值模拟的第一步。     

双大涡模拟方法模拟提升管内气固两相流动

基于Smagorinsky涡黏模型以及颗粒动理学理论,建立了气固两相流双大涡模拟模型。考虑大涡模拟中过滤尺度的影响,给出颗粒相亚格子压力和热传导系数计算模型。考虑颗粒聚团对两相作用的影响,给出了考虑颗粒聚团作用的气固两相多尺度曳力系数模型。数值模拟了提升管内气固两相流动特性,合理地预测出了提升管内气固两相环-核流动结构。模拟结果与Knowlton等实测结果相吻合。     

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.     

不同管排方式下三维鼓泡床内气固流型及埋管磨损的LES-DEM研究

埋管具有限制气泡大小和改变床内气固流动特性而被广泛用于密相流化床内,但不同管排方式对改善气固流型特性的作用不同。本文基于LES-DEM耦合方法,在颗粒尺度层面研究了不同管排方式下鼓泡床内颗粒流动特性以及埋管磨损分布特性。发现埋管的存在使得在管束的上部和下部区域存在四个明显的局部颗粒循环.另外,错列管排对颗粒的轴向迁移的限定更为明显,使得颗粒浓度在水平方向上分布更为均匀。由于不同的管排方式导致不同的气固流动特性,管束周围磨损特性差异明显.     

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。     

可压稠密气固两相流动过程的模拟计算

基于稠密气体分子运动论和颗粒动理学,建立可压稠密气固两相流动模型。采用梯度模拟来考虑气相可压缩性对气相湍流的影响。模拟计算表明气固两相射流速度沿轴向和径向减小,颗粒浓度下降。气固两相射流具有高的颗粒温度,呈现强烈的气固两相湍流流动特性。     

涡旋燃烧炉流动、传热和燃烧特性的研究

本文应用强旋湍流气一固两相流动和煤粉燃烧的数学模型，对新型涡旋燃烧炉内的流动、传热和燃烧过程进行了系统的模拟和分析，得到了与实验相符合的结果。结果表明，涡旋燃烧炉内的湍流空气动力场分布具有强旋、回流和正在发展流的特点。水冷壁总吸热量随燃烧热负荷的增大成比例地增加。煤粉颗粒在炉内的平均停留时间随初始粒径的增大而加长。炉内可实现煤粉的低温、强旋、高效率和高强度燃烧。     

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。     

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.     

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。     

研究稀疏气固两相流中颗粒运动的薄片状脉冲激光摄影法

一、引言 工程实践中的许多问题都与气固两相流动现象有关。如大气粉尘污染问题、固体物料的气力输送及煤粉燃烧问题等等。在这些情况中,两相流动的规律都比较复杂,而且各具特殊性。例如煤粉燃烧问题,空气-煤粉中颗粒的大小、形状变化很大,流动情况很复杂(如湍流、不稳定)。对于这些气固两相流动问题,目前通常是采用实验方法来研究。然     

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.     

螺旋管分离器中液固两相流颗粒相分布研究

螺旋管分离器是一种高效低阻的新型液固/气液固分离装置,研究分离器内部相分布特征及影响因素具有重要意义。本文利用Malvern粒度仪和观察窗技术测量了分离器模型中水-砂两相流动的颗粒浓度和粒度分布,并且对具有相似结构和流动参数的平面组合方管液固两相流动进行了数值模拟。研究表明颗粒相分布是离心力、二次流和紊流扩散的综合结果:离心力使颗粒由内弯侧向外弯侧聚集,是实现分离的根本动力,颗粒越大,分离现象越显著;二次流对分离具有双重作用;紊流扩散不利于分离。液速越高,分离效果越好。颗粒平均浓度对浓度分布没有显著影响。     

基于壁面磨损的渣浆泵内固液两相流动分析

为探究渣浆泵内固液两相流动与过流部件磨损之间的关系,结合计算流体动力学与离散元方法,加入磨损模型,对泵内固液两相流动和过流部件的磨损进行模拟;借助试验结果验证数值模拟方案的物理有效性;考虑固体颗粒尺寸和固相质量分数的影响。结果表明:所建立的数值模拟方案可以较准确地预测泵内磨损的位置及磨损程度;随着固相质量分数和固体颗粒平均直径增加,叶轮和压水室表面的磨损加剧,磨损严重的区域集中在叶片进口边附近和叶片工作面出口处,磨损位置受固相质量分数的影响不明显;法向累积接触能量是导致磨损的关键因素;压水室的磨损程度较叶轮轻,且磨损量分布不均匀。     

弯管和文丘里管组合燃烧器的颗粒分布特性

本文给出一种弯管和文丘里管组合结构的新型浓淡煤粉燃烧器,并分别对弯管、文丘里管和这种弯管和文丘里管组合结构燃烧器内的气固两相流动进行了数值模拟。采用Euler-Lagrange方法和离散相模型（DPM）研究气固两相流动,气相湍流采用分离涡（DES）模拟方法,固相湍流采用离散随机游动（DRW）模型。结果表明,这三种结构对...     

下降管中稠密两相湍流的数值模拟

本文将统一二阶矩两相湍流模型和颗粒动力学理论结合,推导并封闭了稠密两相流考虑颗粒间碰撞的统一二阶矩两相湍流模型。该模型用颗粒动力学理论模拟颗粒之间的碰撞,用各向异性的统一二阶矩模型考虑气相和颗粒相的湍流脉动,并用输运方程描述气固两相湍流之间的相互作用。最后用该模型对下降管中的气粒两相流动进行了模拟,模拟所得的沿径向颗粒浓度分布和速度分布与实验吻合较好,预报结果也反应出了颗粒雷诺应力的各向异性。     

炉内两相流动和煤粉燃烧的双流体-轨道模型

本文首次用双流体一轨道（连续介质－轨道ＣＴ）模型对大尺寸四角喷燃炉内气粒两相流动及煤粉燃烧进行了模拟。该模型基于欧拉气相方程组、欧拉颗粒连续方程和动量方程以及拉氏颗粒能量和质量变化的方程,对各子模型用ｋ－ε－ｋｐ两相湍流模型,ＥＢＵ－Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ湍流燃烧模型,煤粉颗粒的水分蒸发,热解挥发和焦炭燃烧的扩散－动力模型,ＤＯ（离散坐标）辐射模型。采用了将坐标扭转一定角度的方法减小入口射流和网格斜交造成的伪扩散。编制了ＬＥＡＧＡＰ－ＦＵＲＮＡＣＥ－３程序,分别对冷态模型炉内两相流动和大尺寸炉内三维两相流动和煤粉燃烧进行了模拟,并与颗粒轨道（ＳＴ）模型的模拟结果进行了对照。采用ＰＤＰＡ对冷态模型炉内气粒两相流场进行了测量。冷态两相流动的模拟与实验结果的对比表明ＣＴ模型的模拟结果和实验符合较好,ＳＴ模型所得颗粒浓度分布和实验山入较大。热态模拟的结果给出了两相速度,气相温度,组分浓度和壁面热流分布。模拟结果定性合理。模拟结果显示在出口处由于气流旋转,有一局部高温区存在。     

水平管内栓塞流气力输送的动理学模拟

波状栓塞流是气力输送中的一种典型流型。为了发展更为准确和细致的栓塞流数学模型,本文引入动理学理论建立气-固两相波状栓塞流动的数学模型,对管道内的波状栓塞流动进行了三维数值研究,再现了流动过程中栓塞和堆积层的形成、运动过程,得到了压力降、空气速度、栓塞长度和堆积层厚度等重要的流动参数;栓塞长度、堆积层体厚度随空气表观速度的变化等一些细微流动特征得到了体现,表明动理学理论能够反映出栓塞流这种非连续高浓度气-固流动的物理本质,具有很好的适用性。本文的研究为栓塞流数值模型的发展引入了一种新的数学工具和思路。     

液固两相流中固体颗粒对弯管冲蚀破坏的位置预测

在石油输送工业中,由于弯头内压力梯度、离心力、二次流等多种因素的作用,导致弯头内的冲蚀过程特别复杂,冲蚀破坏也十分严重。本文针对液固两相流条件下颗粒对弯管的冲蚀破坏,采用DPM模型,对离散相在拉格朗日框架下求解颗粒轨道方程,得出颗粒与壁面的碰撞信息,再将碰撞信息应用于冲蚀模型,从而预测出颗粒对弯管壁面的冲蚀破坏情况,并研究了颗粒斯托克斯数对冲蚀严重区域的影响。计算结果表明:冲蚀主要发生在弯管与出口直管连接处的外拱壁以及靠近弯头出口的直管段侧壁区域;当颗粒斯托克斯数较大时,由于二次流对颗粒的携带作用不充分,导致靠近弯头出口的直管段侧壁区域未出现严重冲蚀。