快速床动力学统一模型Ⅲ:高密度流化床的预报

基于模型Ⅰ、Ⅱ,本文对颗粒团聚物的受力情况进行了分析。当宏观相间摩擦力大于颗粒团聚物重力时,颗粒团聚物发生二次流化,床层进入高密度快速床状态。按摩擦力等于重力的条件确定了相间滑移自调节量,并以此对快速床分相模型进行了修正。模型很好预报了高密度快速床的上下部固含率不再随固体循环流率的增加而发生明显的变化。     

快速床动力学统一模型V:固含率轴向分布的预报

推导了快速床底部"一次携带最大固体流率"G_(s,th)的计算方法,对快速床颗粒浓度轴向分布由"指数单调下降"到"S型分布"的转变做出了合理的解释和预报.分析整理了浓相区高度的实验关联式.推导了过渡段和加速段的"动量平衡高度"的计算方法,并给出了整个床层固含率轴向分布的模型预报方法。     

流化床生物质气化过程的三维数值模拟

建立生物质鼓泡流化床气化过程的动力学三维数理模型,气相采用k-ε湍流模型,固相采用基于颗粒动理学理论封闭模型,并自编化学反应子模型。研究了气化炉内固相体积分数、各相的速度以及气化产物的组分的分布,并预测了水蒸气与生物质质量比(S/B)对气化的影响。在鼓泡床的下段固相和气相的速度均呈现振荡变化,特别是在床高H=0.18 m处,由于物料的加入,两相速度在此附近有较大的振荡。在接近鼓泡床床层表面,固相的速度达到了最大。随S/B的增加CO、H_2的摩尔分数增加,CO_2、CH4的摩尔分数减少,在S/B=3.4时,各气体的摩尔分数趋于稳定。     

快速床动力学统一模型-由A型噎塞向C型噎塞的连续转变Ⅰ:模型构建

根据快速流化床的基本流动特性、A 型噎塞和 C 型噎塞的特征与定义,建立了一个统一,自恰的快速床模型一分相共存模型.模型以 A 型噎塞的修正Yang公式为‘本构方程',合理预报了快速床的最小固体流率Gsm,以及在固体流率不变的条件下降低操作气速时床层由A型噎塞向C型噎塞的连续过渡.模型中的稀相有效气流速度函数幂次n为可...     

增湿活化反应器内气—液滴—固三相流场的数值模拟

本文给出了气—液滴—固三相流体的双流体模型下的各控制方程组。颗粒动理学方法模拟颗粒相湍动能。模型中考虑了气、液滴和固相的相互作用以及液滴与固相的非弹性作用造成的能量传递和耗散。模型预测在增湿活化反应器内相速度和浓度等参数空间分布,以及操作参数、结构布置等对相速度等参数的影响。     

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。     

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.     

液固流化床流动特性的数值模拟

采用欧拉-欧拉双流体模型,结合k-ε模型模拟液相湍流流动和颗粒动理学方法模拟颗粒流动,考虑流固相间作用曳力和虚拟质量力,建立两相流动模型方程和本构关系。模拟结果表明入口速度和曳力模型对液固流动都有一定的影响。选用不同的曳力模型,对模拟结果中固含率的径向分布影响较大,甚至改变了固含率径向分布趋势,同时分析了虚拟质量力对液体-颗粒流动分布的影响。     

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。     

基于超声非线性参数的油水两相流相含率检测

超声法相含率检测,主要基于声速与声衰减这两个声学参数计算流体的分相含率。然而,对于油水两相流,油与水的声速与声衰减差异较小,检测灵敏度较低。相比之下,油水两相介质的超声非线性参数区别较大,在检测灵敏度上有明显优势。本文提出了基于超声非线性参数的油水混合物相含率检测方法,以油水两相混合液体中超声非线性传播模型与混合液体超声非线性参数的混合定则为基础,归纳含水率对流体超声非线性参数的调制规律。结合插入比较法的非线性参数测量方法,明确含水率与二次谐波幅值的关系基础上,构建相含率测量模型,实现油水混合流体相含率准确测量。     

循环床中气固两相局部传热传质规律的研究

本文对含湿颗粒在循环床中干燥过程的传热传质规律进行了实验研究。本文发展的一种利用双热电偶参考标定法，获得了气、固两相沿床高的局部温度。对气体表观流速，固体循环率，颗粒初始含湿量对传热传质的影响进行了分析和讨论。所获得的循环床中传热传质系数的实验关联式，可供干燥颗粒、造粒、粒面包裹等工业设计参考使用。     

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．     

基于拟颗粒的气固两相曳力模型研究

为了研究气固两相流动大涡模拟中合适的曳力计算模型,本文引入拟颗粒和拟颗粒表面能的概念,通过拟颗粒表面能与外界输入能量之间的平衡关系来确定拟颗粒的粒径。根据拟颗粒粒径,得到运算量较小且考虑颗粒团聚效应的曳力计算模型。应用本文的曳力计算模型对二维竖直槽道内稠密气固两相流动进行了大涡模拟,结果表明颗粒的浓度分布具有上稀下浓,壁面附近浓中心稀及颗粒聚集等特点。这与实验结果在定性上是一致的。对气相和颗粒相的瞬时速度场进行了分析,发现气相和颗粒相速度场分布的非对称性是形成颗粒浓度分布壁面附近浓中心稀的重要原因之一。     

喷动床内纳米颗粒气固两相流动的数值模拟

采用欧拉-欧拉双流体模型,颗粒动理学理论模拟颗粒相流动,采用周涛和李洪钟(1999)的力平衡模型预测纳米颗粒聚团尺寸,对喷动床内纳米颗粒聚团流化过程进行了数值模拟,得到了喷动床内纳米颗粒聚团的流化过程,获得喷射区和环隙区内颗粒相速度和浓度分布。分析了喷动床结构和进口气体速度等对纳米颗粒聚团流化特性的影响。由于纳米颗粒的特殊性质,不易形成喷泉区。适当的喷动床结构和进口气体速度有助于形成稳定喷动。     

柱锥体喷动床喷动特性的试验研究

建立了高1500 mm、内径200 mm、锥角60°、喷口直径可变的可视化柱锥体喷动床系统,进行了五种不同颗粒喷动特性的试验,重点考察了床层压降、最小喷动速度和喷泉高度随操作参数的变化。结果表明:升速法与降速法测得的最小喷动速度具有较大的差异,降速法测得的最小喷动速度与经验关联式的计算值吻合较好;最小喷动速度随着静止床高、颗粒直径、喷口直径的增大而变大;随着表观气速的增加,喷泉高度上升,随着静止床高的增加,喷泉高度下降。     

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。     

空气与高温烧结水泥颗粒球间气固换热规律研究

本文对空气与高温烧结水泥颗粒的气固换热规律进行了非稳态实验研究和数值模拟。通过实验分析了空气速度、颗粒初始温度、颗粒大小对对流换热系数的影响,水泥颗粒直径为8.88 cm和5.94 cm,水泥颗粒初始温度约为500℃和700℃,空气速度范围1～4 m/s,得到了实验范围内空气绕流烧结水泥颗粒的对流换热经验关联式。结果表明:高温烧结水泥颗粒冷却过程中辐射换热热流密度与对流换热热流密度相当,不可忽略;实验所得准则数Nu_f与Re_d的指数关系为0.5。对直径为8.88 cm的水泥颗粒对应的试验工况进行了数值模拟,数值模拟结果与实验结果符合较好,误差在20%以内。     

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.     

稠密气固两相QL-EMMS曳力模型及改进

通过引入颗粒加速度,改进现有EMMS曳力模型中的颗粒受力平衡关系,耦合流动的整体参数、局部参数与曳力,提出了基于流态化多尺度最小能量原理的QL-EMMS曳力模型.实验检验表明,模型精度高,普适性好.进一步采用O-S经验曳力模型的单峰函数,修正了颗粒团直径公式,改进后的QL-EMMSn模型更加合理地体现了非均匀曳力变化的...     

液固反应微观-宏观关联模型及实验验证

当液一固反应为流体扩散控制时,以缩核模型为基础,得到了单颗粒消溶时粒径的变化规律,满足平方反比定律;在单颗粒消溶的基础上,建立了颗粒群消溶模型,得到了单颗粒微观反应模型和颗粒群宏观反应特征的关联关系.以不同种类的石灰石在不同温度和pH值下的消溶过程为例,对液固反应的微观-宏观关联模型进行了实验验证,实验和数学模型吻合较好.该关联模型对完善液固反应理论体系,实现宏观实验数据反推微观化学反应参数的测量技术具有重要意义.