振荡流输送气固两相流的试验和CFD-DEM模拟研究

发布时间：2020-04-20 22:33

【摘要】：保证稀相气力输送系统低速、低能耗下连续稳定地输送是气力输送行业重点关注的问题之一,而振荡流输送技术已被证明具有较好地降压降速的效果。但振荡流场中气固两相流动复杂的多尺度结构未有较为完整的理论指导,严重阻碍了气力输送系统的设计、优化和放大。因此,本文采用PIV技术和CFD-DEM方法深入开展振荡流气力输送过程中气固两相流动机理的研究,对促进振荡流气力输送技术的工业化应用和拓宽稀相气力输送系统产品升级具有重要的学术研究价值。主要研究内容和结论如下:首先,通过搭建稀相气力输送实验系统研究振荡流对输送系统压降、最小压降速度及能量损耗的影响,并根据压降波动特性分析振荡流输送的平稳性。结果显示,低速输送时振荡流能够降低系统的输送压降、最小压降速度及能量损耗,并且在水平输送管道中振荡流对输送压降减小最为显著;此外,通过分析最小压降的标准差,发现随着颗粒质量流量的增大,振荡流输送系统压降的标准差先减小后增大。其次,采用PIV技术研究振荡流输送时管道内不同位置和不同气速下的颗粒分布及速度特性。结果显示,相比轴流输送振荡流减少了管底颗粒的沉积层,从而使得管底部颗粒轴向时均速度和径向时均速度均增大,同时增强了输送过程中颗粒的脉动特性;此外,在低速振荡流输送时因不能及时分散颗粒使得其节能效果被削弱,而高速振荡流因过高的输送气速弱化了振荡特性对颗粒流动的影响。再次,采用试验、高速摄像和图像处理技术测量颗粒的碰撞恢复系数以及颗粒与壁面的摩擦系数;并通过试验测量颗粒群休止角,结合EDEM“虚拟试验”和数学回归分析的方法标定颗粒间的摩擦系数。结果显示,标定后的颗粒间摩擦系数能更好地反应实际颗粒群的流动特性。最后,采用CFD中动网格技术研究振荡流场的湍流特性,并在已构建的试验颗粒离散元模型的基础上,采用CFD-DEM方法探讨振荡流场颗粒的微观流动特性。结果显示,管道内振荡流的轴向速度沿径向分布更加均匀,且气流具有强烈的切向分量,同时振荡流速度存在周期性的湍流脉动,但沿着管道流动方向振荡流的湍流脉动强度逐渐减弱;此外CFD-DEM模拟显示,振荡流改变了颗粒初始的运动轨迹,增大了颗粒与管壁的碰撞数,减小了颗粒间的碰撞数,并且振荡流输送时颗粒群所受的曳力相比轴流输送时的偏大。
【图文】：

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第 1 章绪论第 1 章绪论课题背景及意义期以来，由于我国技术水平不高，粗放型经济的增长方式造成了能源利环境污染严重等问题。所以，为响应全球及国家提出的“可持续发展战制造 2025”提出的发展循环经济、构建绿色生产体系、走生态文明发展基于物料与环境无交互的封闭运输的气力输送技术成为绿色生产最为理之一[1-3]，如图 1.1 所示。

浓度分布,气力输送,颗粒流,振荡流

图 1.2 传统气力输送颗粒流型图Fig.1.2 Conveying flow pattern of axial flow pneumatic conveying syst稀相气力输送系统的节能设计大多还停留在实现低速输送目标如螺旋管旋流装置[6]、叶轮式旋流装置[7]、物料喷射装置[8]、双]、砂丘模型[11]和螺旋多孔双套管[12]等，其均是通过改善颗粒初气动能分布而保证稀相气力输送系统低速、低能耗下连续稳定an 等提出了振荡流输送方法改善颗粒的初始流态，有效地缓解统在低输送气速时的管道堵塞及高能耗等问题[13-14]。同时，通过在水平管道系统中对振荡流场中颗粒的浓度分布及速度特而，振荡流气力输送作为一种新型的节能输送方式，，针对振荡流强度与颗粒流动特性以及振荡流场中气流-颗粒-管壁的相互关研究。因此，深入开展振荡流气力输送过程中气固两相流动送中振荡流特性与气固两相流动的内在联系，对促进振荡流气用和拓展稀相气力输送系统产品升级具有重要的学术研究意义
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH22

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