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.     

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     

非均匀布风对流化床埋管换热特性的影响

非均匀布风对流化床埋管换热特性有一定的影响,埋管的对流换热系数不仅是埋管所处换热区流化速度的函数,而且与相邻的流动区流化速度有一定关系。本文通过试验研究了埋管换热系数同换热区以及流动区流化速度之间的关系：换热系数变化的趋势及数值的大小与鼓泡床有明显不同,较大的流动区流化速度（６．０ｕｍｆ～２４．０ｕｍｆ）直接影响换热区埋管的换热系数,换热系数同流化速度之间较为平缓的关系便于利用埋管进行非均匀布风流化床中浓相床区温度的调整与控制。     

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.     

大颗粒流化床水平埋管在不同位置的传热实验与分析

本文实验研究了常温常压下大颗粒流化床密相水平单管的周向平均换热系数随流速变化的规律及埋管的水平位置对传热的影响;建立了换热系数随流速变化的分区模型;分析了各阶段不同的换热规律并给出了相应的计算公式。     

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。     

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.     

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.     

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.     

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.     

中温循环流化床烟气脱硫基础-曳力模型与流动的数值研究

为了准确模拟中温烟气脱硫的循环流化床(CFB)反应器内的脱硫过程,本文首先采用欧拉双流体方法研究了床内的稠密气固两相流动,讨论了表征气固两相相互作用的关键参数-曳力模型,并对适于均匀流动的经典曳力模型进行了颗粒团聚所致的非均匀效应的修正.计算的床内存料量和总压降与实测值之间的误差均小于5%.本研究为中温脱硫过程的优化和降低能耗奠定了流体力学基础.     

超临界水流化床床床层与壁面间传热特性研究

本文基于颗粒动理学理论建立了流化床中的欧拉双流体模型,采用了单气泡沿壁面运动物理模型,从颗粒分布特性、温度分布特性和瞬时传热特性三个方面对超临界水流化床和气固流化床的床层与壁面间传热特性进行了对比研究。研究表明,相同条件下,相对于气固流化床,超临界水流化床中气泡的直径和上升速度都较小;超临界水流化床中床层与壁面间的传热系数与颗粒浓度呈反相关关系,而对于气固流化床则是正相关关系;并且不同于气固流化床,超临界水流化床床层与壁面间传热系数在颗粒浓度较低处对表观速度变化比较敏感。     

大颗粒流化床中垂直埋管的传热研究

本文实验研究大颗粒流化床中垂直埋管的周向平均传热系数随流化速度和截面高度的变化规律以及垂直埋管的水平位置对传热的影响。实验结果表明,垂直埋管的周向平均传热系数随截面高度增加而减小,而垂直管的水平位置对周向平均传热系数的影响很小。文中还给出了局部管壁温的瞬态变化以及垂直埋管与水平埋管传热的比较。     

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。     

稠密颗粒物质系统鼓泡现象的微观结构研究

通过重新整理气相控制方程,实现了基于非结构化网格的离散颗粒与连续流体的非线性耦合求解方法.应用该求解方法模拟计算了二维气固脉冲流化床(pulsed fluidized bed, PFB)单个鼓泡过程,数值计算结果与实验结果相符合.通过剖析两种典型床宽PFB的气固两相微观结构,观察到颗粒起动瞬间力链断裂"解锁"现象和系统压降脉冲现象,发现床内气体的流动是一个由双主涡到多涡共存再到双次涡的发展过程,颗粒的运动呈现三种形态,即抬升,沿鼓泡边界下滑和角落内"滞缓"运动. 关键词： 离散颗粒 脉冲流化床 鼓泡 力链     

快速流化床气固流动结构及其转变

本文建立了由内径100 mm、高3 m的上升管、两级下降管和两级旋风分离器构成的可视化快速流化床试验系统。采用平均粒径d_p=215μm,颗粒密度ρ_p=2600 kg/m~3,堆积密度ρ′_p=1700 kg/m~3,最小流化速度u_(mf)=0.04 m/s的石英砂,在表观气速U_g=0~5 m/s、静止床高与床径比H_0/D=1~4和循环通量G_s=0~120 kg/(m~2s)的操作范围内,研究了上升管中静止床高、表观气速和固体循环通量对快速流化床内气固流动结构及其转变的影响,并绘制了流动结构转变图。     

管内气固两相流动的实验和模拟计算

本文基于气固两相流动模型计算循环流化床内的流动．颗粒动理学方法模拟颗粒相湍动．采用γ-射线密度计和非等速取样管测量局部颗粒浓度和流率,利用FFT方法计算颗粒浓度功率谱密度．模拟计算得到上升管内气相和固相速度和浓度分布等．数值模拟计算与实验结果相吻合．     

球形颗粒在超临界水中自然对流传热特性研究

超临界水流化床反应器可以有效气化湿生物质并且高效产氢。超临界水流化床反应器工作的表观流速比较低,颗粒与流体之间的自然对流换热是主要的传热方式.本文通过Boussiesq模型和真实物性流体模型模拟研究了层流条件下单颗粒与超临界水在拟临界点附近的自然对流换热.由于物性变化的影响,颗粒表面附近呈现高速度梯度、高表面涡量和高温度梯度的现象。临界水导热系数和比热的变化对拟临界区的自然对流传热起主导作用,Grashof数和平均Nusselt数在对数坐标下为线性关系。     

多层流化床传质浓度分布的研究

本文运用萘升华方法,通过实验测定了流化过程中,多层流化床内萘蒸汽的传质浓度分布,得到萘蒸汽浓度与进气量、颗粒进料量等因旁之间的关系式。为进一步研究多层流化床内气体介质与固体颗粒之间的对流换热系数打下基础。     

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。