喷动床内干湿颗粒流动和传热特性的数值模拟

发布时间：2020-12-04 23:46

　　气固喷动床由于其优良的传热传质效果被广泛的应用于高效燃烧、制药涂层、颗粒造粒等工业生产中。目前,学者对于喷动床内稠密气固两相流动中强烈的多尺度非线性的相间作用机理的尚未完全了解。近年来,随着计算机水平以及数值模拟技术的不断发展,采用数值模拟方法对稠密气固两相流系统模拟愈加高效与精确。本文采用计算流体力学与离散单元法相结合的方法（CFD-DEM）求解三维气相与固相的运动方程,采用Fortran语言进行编程计算。并引入了液桥力,分别对包含干、湿颗粒的喷动床内的气固两相流动与传热特性进行数值模拟研究。首先采用自主编译的程序对喷动床内两相流动特性进行了模拟,在此基础之上,对床内颗粒的混合特性及其影响因素进行了研究,并利用Lacey指数定量分析了床内颗粒混合时的进程,模拟得到了颗粒混合序列图、气体和颗粒速度分布、颗粒运动矢量图、床内颗粒能量随时间变化图、颗粒整床以及各特定区域混合指数随时间的变化、颗粒物性变化时整床颗粒混合指数分布。结果表明:床内颗粒所蕴含的能量主要为重力势能;气固两相速度分布趋势相近,但数值相差较大;除环隙区外,不同尺寸的颗粒速度大小相近;颗粒在环隙区的混合对整床颗粒混合有较大... 

【文章来源】：华北电力大学河北省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

颗粒初始位置

0.0 0.1a.模拟结果 b.实验结果 c.模拟矢量图 d. PIV 实验矢量图图 3-4 模拟和实验对比证程序的正确性，本文首先模拟了表观气速为 2.33 m·s-1时，球型颗粒的流动状态。并拍摄了相同条件下喷动床内颗粒流4 为模拟结果和实验对比图。通过对比可知，模拟与实验结果上均吻合较好。5 为床高为 0.3 m 处的实验与模拟的颗粒时均速度分布，从图验结果有较高的吻合度。由此也可以充分验证出程序的可靠。0.60.81.01.2(m/·s1-)实验模拟

受喷射气流夹带向上运动，由于气体的扩散作用，曳力不断减小，颗粒垂直方向呈先加速后减速度的趋势，最终达到床体上部颗粒较为密集的区域。在此过程中颗粒由于碰撞力的作用以及径向的曳力作用逐步由床内中心附近向靠近壁面的两侧扩散。并在床体上部颗粒密集区域完全转为向两侧运动。在靠近壁面的区域由于曳力较小，颗粒运动由重力主导并开始下行回到床体下部密集区域。在该区域，颗粒由于气体的卷吸以及颗粒间碰撞的作用逐步由靠近壁面的区域斜下方向流动移动至喷口上方，进入喷射区域，重复上述循环过程。值得指出的是，在混合过程中床层膨胀高度存在明显的波动现象，而混合达到稳定状态后，膨胀高度较为稳定。这是由于模拟的初始状态为完全分离状态，下方颗粒均为大颗粒，颗粒对气体的反作用力较强，气体对颗粒的夹带效果有限。而后，随着喷动时间的增加，一方面小颗粒逐步进入喷动区，减弱了对气体的反作用；另一方面，床层顶部的大颗粒逐步回落，床层顶部密集区域的大颗粒减少，对下部颗粒的阻碍作用降低。两者共同作用使得床层高度增加。随着混合程度的不断加深，床层膨胀高度趋于稳定。从中可以看出，喷动床内大颗粒的流动形态决定了整体颗粒的流动形态。


本文编号：2898455