基于Fluent软件的流化床的气固两相流模型研究

发布时间：2017-03-29 01:13

  本文关键词：基于Fluent软件的流化床的气固两相流模型研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 气固流化床是能源、化工、冶金、石油等行业的重要设备。与传统的反应器及燃烧设备相比较,它具有设备大型化、过程易于控制、传热传质效率较高、床内温度分布较均匀等优点。由于其广阔的应用前景使它自诞生的几十年来倍受人们的关注,但床体内气固两相存在强烈的非线性、复杂性作用使人们对床层内的流动规律尚不十分清楚,从而导致了流化床设备的设计与放大方面存在很多困难。以载有Geldart B类颗粒的二维鼓泡流化床为研究对象,利用Fluent商业计算流体力学软件包,以双流体模型为基础对床层流场进行数值模拟。主要研究了Fluent软件两相流模型的应用和计算区域的网格划分方法,采用有限容积法离散控制方程,研究了时间步长、松弛因子以及求解器的选择效果;分析了双流体模型控制方程的建立、封闭模型方法、壁面边界条件、气固曳力模型和颗粒相粘度模型等对模型应用的影响,并且自编基于不同理论基础的两个曳力模型模块接入Fluent软件。 通过对气固两相无滑移、气相无滑移颗粒相有滑移、气相有滑移颗粒相无滑移、气固两相有滑移四种壁面边界条件的模拟分析,气相无滑移,颗粒相有滑移的壁面边界条件能够更好地模拟鼓泡床的床层流动特性;在以双欧拉模型进行气固多相流动计算时,颗粒间作用的影响要比气固间作用的影响小得多,气固相间曳力主导床层流体力学特性。 通过对k-ε、RNG k-ε、Realizable k-ε三种湍流模型的模拟,标准k-ε湍流模型与RNG k-ε湍流模型比Realizable k-ε模型更加适用于鼓泡床中的湍流过程。标准k-ε湍流模型的精确度要高于RNG k-ε湍流模型;通过对Gidaspow曳力模型、Koch-Hill曳力模型、Di-Felice曳力模型的模拟,三种曳力模型都可以成功地模拟单喷嘴鼓泡床中气泡的形成过程,但在气泡上升过程中Di-Felice曳力模型所模拟的情况与实际情况差距较大;通过改变送风速度定性地证明了鼓泡流化床中气体表面张力的存在。 Fluent软件能够进行外部程序接入并能较好地设计或优化鼓泡流化床设备。考虑颗粒相对壁面边界的滑移,忽略颗粒相粘度模型对床层的影响,利用标准k-ε湍流模型、Gidaspow和Koch-Hill曳力模型的计算结果与流态化原理及文献结果吻合性较好,双流体模型能够设计及优化鼓泡流化床设备。
【关键词】：鼓泡流化床 双流体模型 Geldart B类颗粒 气泡 曳力模型
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP319;TK124
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-17
• 1.1 前言8
• 1.2 流态化技术及气固流化床概述8-12
• 1.2.1 流态化技术及发展8-9
• 1.2.2 气固流化床概述9-10
• 1.2.3 气固鼓泡床中的流动特点10-12
• 1.3 气固流化床两相流模型与研究进展12-15
• 1.3.1 双流体模型12-13
• 1.3.2 离散颗粒模型13-14
• 1.3.3 格子气自动机及格子波尔兹曼方法14-15
• 1.3.4 三种模型的对比15
• 1.4 研究背景与研究内容15-17
• 1.4.1 研究背景15-16
• 1.4.2 研究内容16-17
• 2 双流体模型的基本方程及实现方法17-27
• 2.1 双流体模型的基本方程17-19
• 2.2 计算流体力学的实现方法19-21
• 2.2.1 有限差分法19
• 2.2.2 有限元法19
• 2.2.3 有限体积法19-20
• 2.2.4 三种方法的分析比较20
• 2.2.5 Fluent 软件介绍20-21
• 2.3 颗粒相间的封闭21-23
• 2.4 气固相间封闭关系23-25
• 2.4.1 Gidaspow 曳力模型24
• 2.4.2 Koch-Hill 曳力模型24-25
• 2.4.3 Di-Felice 曳力模型25
• 2.5 湍流模型的选择25-27
• 3 二维对象的构建与模拟27-37
• 3.1 实体模型的建立与网格划分27-28
• 3.2 有限体积法建立离散方程28-29
• 3.3 差分方程的建立29-31
• 3.4 计算方法31-33
• 3.4.1 求解器的选择31-33
• 3.4.2 方程离散格式的选择33
• 3.5 计算条件33-37
• 3.5.1 时间步长的设定33-34
• 3.5.2 松弛因子的选择34-35
• 3.5.3 初始及边界条件的设置35-37
• 4 计算结果及分析37-50
• 4.1 气泡的认定37
• 4.2 不同壁面边界条件对模拟结果的影响分析37-41
• 4.3 封闭关系对床层流动特性的影响分析41-42
• 4.4 不同湍流模型分析42-45
• 4.5 不同曳力模型分析45-47
• 4.6 气相表面张力分析47-50
• 5 结论与展望50-52
• 5.1 结论50-51
• 5.2 展望51-52
• 致谢52-53
• 参考文献53-59
• 附录59
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录59
• B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目59

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 张战锋;塞流式厌氧发酵反应器物料流场的CFD模拟[D];华中农业大学;2010年

2 李继涛;激光熔覆同轴送粉机理研究及装置设计[D];中国石油大学;2011年

3 李波;细粒级人造金红石流态化行为的模拟[D];昆明理工大学;2011年

4 谢德娟;1025t/h循环流化床锅炉炉膛流场模拟及磨损分析[D];华北电力大学;2012年

5 孙卫国;流化床内气固两相流动特性及流动规律的数值模拟[D];西安科技大学;2012年

6 张衡;低温烟气褐煤干燥工艺研究与数值模拟[D];东北大学;2010年

  本文关键词：基于Fluent软件的流化床的气固两相流模型研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：273404