纳米颗粒聚团流化特性数值模拟研究
发布时间：2020-08-04 16:29
【摘要】：在曳力模型的研究中,相间交换系数模型和单颗粒曳力模型的准确描述是气固两相流的模拟难点所在。本文通过基于分形维数的presemt单颗粒曳力模型对Huilin-Gidaspow、Gidaspow、Syamal-Obrien三种相间交换系数模型进行修正,得到了修正后的Huilin-Gidaspow模型更符合课题组实验台纳米聚团流化无气泡、非环核、床层膨胀率高特点的结论。在不同分形维数下对present曳力模型进行模拟研究,结果表明随着分形维数的增加,流化高度增大,固含率数值降低,轴向径向固含率稳定性增强。在不同风速下将present模型与基于经验公式的实心球solid曳力模型、基于固定渗透率的uniform曳力模型及基于双层渗透率结构的two layer曳力模型进行模拟研究。模拟结果表明,流化风速和曳力模型共同作用影响最终的流化高度。不同模型的流动特点也呈现出很大的差异:solid模型和uniform模型有FCC颗粒环核流动的特点;two layer模型在较大风速下有气泡产生、边壁两侧速度方向相反;present模型无明显环核流动现象,无气泡,漩涡多,气固混合性好。将上述模拟数据与实验值进行对比分析,在三种多孔球曳力模型中,present模型当风速5cm/s-7cm/s之间、位置处于中下部时,模拟结果较为准确、适用性强。因此,自主拟合的沿径向变渗透率模型在一定程度上能够预测纳米颗粒聚团流化特性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1
【图文】：
图 2-1 实验台示意图下面简单介绍实验系统，如图 2-1 所示。中间圆柱形提升管是纳米颗粒聚容器，长 2m，内径 5cm。圆柱形提升管下面是由直径为 5mm 玻璃珠填装置。左下方装置依次是提供高压头的空气压缩机，用来去除水分的干燥控制流量的转子流量计，这样可以调节速度的空气进入布风装置。提升有布袋除尘器，回收被吹出去的纳米聚团，该部分颗粒不再参与循环。有监测系统，使用压力传感器测量管内压力从而计算床层压降，通过 P统和取样方法可以测量聚团直径。数值模拟的物理模型就是提升管部分。由于工况较多，需要加载自定义模到时间成本、计算工作量等诸多因素，此次模拟建立二维模型。模型按心提升管建立，即长 2m、宽 5cm 的矩形。管边壁处采用加密处理，网格 个，网格图 2 所示。实验材料纳米颗粒的原生粒径是 25nm，密度为 2560kg/m3，在实验过程平均聚团尺寸是 200μm，平均密度为 100kg/m3。实验初始颗粒堆积高度为的操作风速在 3cm/s-9cm/s 之间。
）网格划分图 （b）局部放大图图 2-2 网格划分图介中已经介绍了两相流模拟有两种方法，离散颗粒模型和双流种模型的优缺点。考虑到本文模拟对象颗粒较为稠密，结素，本次采用双流体数学模型，下面将介绍其基本公式。气体和固体的控制方程，g 代表气相，s 代表固相。 · = 0 · = · | | ( ) · ( ) = 0 )
= [34 134( 2) 208( 2)104( 2)]Re 0 8（2-18这个公式回归系数为 0.985，适用于小球雷诺数范围在 0.1-100 之间，k/d2 0-1。由于渗透率是关于孔隙率和颗粒直径的函数 = 3 2150 1 2（2-19那么 k/d2就是只与颗粒孔隙率 有关的函数，相当于一个结构特征。在双流体模型模拟中，颗粒只能输入一个固定的渗透率和直径，为了与型对照，我们将 k/d2选择为 0.00216388，目的是与 present 分形维数 2.7 模构对应，具体原因在下文阐述。按照 k/d2特定的选值，uniform 公式变为 =33.711 0 8（2-20（3）双层渗透率（two layer）模型台湾学者 Jyh-Ping Hsu 和 Yu-Heng Hsieh 在 2002 年发表了文章《聚团在曳力：双层模型》，提出了具有双层渗透率结构的聚团在流体中的受力情况中物理模型如图，小球分为内层和外层，可以有不同的孔隙率，小球在无域内，左边界有风速入口。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1
【图文】：
图 2-1 实验台示意图下面简单介绍实验系统，如图 2-1 所示。中间圆柱形提升管是纳米颗粒聚容器，长 2m，内径 5cm。圆柱形提升管下面是由直径为 5mm 玻璃珠填装置。左下方装置依次是提供高压头的空气压缩机，用来去除水分的干燥控制流量的转子流量计，这样可以调节速度的空气进入布风装置。提升有布袋除尘器，回收被吹出去的纳米聚团，该部分颗粒不再参与循环。有监测系统，使用压力传感器测量管内压力从而计算床层压降，通过 P统和取样方法可以测量聚团直径。数值模拟的物理模型就是提升管部分。由于工况较多，需要加载自定义模到时间成本、计算工作量等诸多因素，此次模拟建立二维模型。模型按心提升管建立，即长 2m、宽 5cm 的矩形。管边壁处采用加密处理，网格 个，网格图 2 所示。实验材料纳米颗粒的原生粒径是 25nm，密度为 2560kg/m3，在实验过程平均聚团尺寸是 200μm，平均密度为 100kg/m3。实验初始颗粒堆积高度为的操作风速在 3cm/s-9cm/s 之间。
）网格划分图 （b）局部放大图图 2-2 网格划分图介中已经介绍了两相流模拟有两种方法，离散颗粒模型和双流种模型的优缺点。考虑到本文模拟对象颗粒较为稠密，结素，本次采用双流体数学模型，下面将介绍其基本公式。气体和固体的控制方程，g 代表气相，s 代表固相。 · = 0 · = · | | ( ) · ( ) = 0 )
= [34 134( 2) 208( 2)104( 2)]Re 0 8（2-18这个公式回归系数为 0.985，适用于小球雷诺数范围在 0.1-100 之间，k/d2 0-1。由于渗透率是关于孔隙率和颗粒直径的函数 = 3 2150 1 2（2-19那么 k/d2就是只与颗粒孔隙率 有关的函数，相当于一个结构特征。在双流体模型模拟中，颗粒只能输入一个固定的渗透率和直径，为了与型对照，我们将 k/d2选择为 0.00216388，目的是与 present 分形维数 2.7 模构对应，具体原因在下文阐述。按照 k/d2特定的选值，uniform 公式变为 =33.711 0 8（2-20（3）双层渗透率（two layer）模型台湾学者 Jyh-Ping Hsu 和 Yu-Heng Hsieh 在 2002 年发表了文章《聚团在曳力：双层模型》，提出了具有双层渗透率结构的聚团在流体中的受力情况中物理模型如图，小球分为内层和外层，可以有不同的孔隙率，小球在无域内，左边界有风速入口。
【参考文献】
相关期刊论文 前4条
1 曹鑫;卢春喜;刘梦溪;陆元宝;王祝安;;流化床提升管中脱油油砂颗粒固含率的轴向分布[J];过程工程学报;2013年05期
2 吴诚;高希;成有为;王丽军;李希;;湍动流化床过渡段固含率分布特征的实验及数值模拟[J];化工学报;2013年03期
3 王W
本文编号：2780800
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/2780800.html
