流化床内气固两相流流动特性的数值模拟

发布时间：2017-05-12 21:06

  本文关键词：流化床内气固两相流流动特性的数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：节能与环保已成为当今电力工业发展的两大主题。循环流化床以其高效、低污染、燃料适用广等优点在电力行业得到了较为广泛的应用，但是流化床因其自身的特点床内的流动过程较为复杂，研究流化床内气固两相流的流动特性对于全面认识气固两相流具有重要的意义，并且可为床内气固两相的传热、燃烧以及带化学反应的研究奠定基础。随着计算机的快速发展，数值模拟作为与理论研究和实验研究的互补的一种重要的研究方法在稠密气固两相流的研究中逐渐受到重视。 本文将离散单元法和计算流体力学结合建立了考虑颗粒旋转的数学模型，并在在自行开发的程序上对流化床内气固两相流特性进行了数值模拟。计算得到床内颗粒轴向和径向混合的序列图，形象地展示了床内颗粒的混合过程，定量分析表明颗粒的轴向混合效果优于径向混合，提高流化风速有助于加速颗粒的混合，并且径向混合对流化风速的敏感性高于轴向混合；模拟得到了分别考虑颗粒旋转和不考虑颗粒旋转时气体速度场以及颗粒速度场、浓度场以及颗粒的平均转速分布，重点分析了颗粒的旋转对颗粒速度、床层膨胀高度和平均空隙率的影响以及影响颗粒转速的因素，结果表明颗粒的旋转不仅会对颗粒自身的运动产生影响也会对其所在的流场产生一定的影响，，颗粒平均转速不仅与颗粒间的碰撞次数有关还与颗粒间的碰撞强度有关；对在不同的表观气速下密度和粒径随机生成的颗粒的分离特性的模拟结果表明，在表观气速较低时，不同密度和不同粒径的颗粒均会出现分离的现象，提高表观气速后颗粒发生较为明显分离的位置有所提高，颗粒分离的程度减弱。
【关键词】：流化床 稠密气固两相流 离散单元法 流动特性 数值模拟
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK229.66;O359
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-24
• 1.1 选题背景及意义11-13
• 1.2 稠密气固两相流数值模拟方法13-15
• 1.2.1 颗粒拟流体模型13-14
• 1.2.2 颗粒轨道模型14-15
• 1.3 国内外研究现状15-22
• 1.3.1 流化床内颗粒混合的国内外研究进展15-17
• 1.3.2 流化床内颗粒旋转的国内外研究进展17-19
• 1.3.3 流化床内颗粒分离的国内外研究进展19-22
• 1.4 本文主要工作22-24
• 第2章 气固两相流动的数值模拟的数学模型24-34
• 2.1 固相离散单元法的原理以及碰撞力学模型24-28
• 2.1.1 流化床内颗粒的受力分析24-25
• 2.1.2 颗粒间的碰撞力25-26
• 2.1.3 气体对颗粒的曳力26-27
• 2.1.4 颗粒的运动方程27-28
• 2.2 气相计算流体力学方法原理28-31
• 2.3 气固两相间的耦合31-33
• 2.3.1 颗粒对气体的体积作用力31-32
• 2.3.2 气固两相间的数据传递过程32-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第3章 流化床内颗粒混合特性的数值模拟34-42
• 3.1 模拟对象及模拟过程34
• 3.2 模拟结果34-39
• 3.2.1 轴向混合和径向混合过程序列图34-36
• 3.2.2 气体速度分布36-37
• 3.2.3 颗粒速度分布37-38
• 3.2.4 颗粒的速度矢量图38
• 3.2.5 颗粒浓度场38-39
• 3.3 颗粒混合程度的定量评价39-41
• 3.3.1 颗粒特征浓度的定义39-40
• 3.3.2 颗粒混合程度的定量评价结果40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 流化床内颗粒旋转特性的数值模拟42-50
• 4.1 模拟方法42
• 4.2 模拟结果42-49
• 4.2.1 流化过程图42-44
• 4.2.2 颗粒速度分布44-45
• 4.2.3 气体速度分布45
• 4.2.4 颗粒浓度分布45-46
• 4.2.5 床层平均空隙率随床高变化趋势46
• 4.2.6 颗粒碰撞次数分布46-47
• 4.2.7 颗粒转速分布47-48
• 4.2.8 不同密度的颗粒转速随床高的变化趋势48
• 4.2.9 不同直径的颗粒转速随床高的变化趋势48-49
• 4.3 本章小结49-50
• 第5章 流化床内颗粒分离特性的数值模拟50-62
• 5.1 不同密度颗粒分离特性的数值模拟50-56
• 5.1.1 颗粒的密度分布50-51
• 5.1.2 不同密度颗粒的流化过程图51-52
• 5.1.3 气体速度分布52-53
• 5.1.4 不同密度颗粒的速度分布53
• 5.1.5 床内不同密度颗粒的体积分数沿床高的分布53-55
• 5.1.6 不同密度颗粒的分离率55-56
• 5.2 不同粒径颗粒分离特性的数值模拟56-61
• 5.2.1 颗粒的粒径分布56-57
• 5.2.2 不同粒径颗粒的流化过程图57-58
• 5.2.3 气体速度分布58
• 5.2.4 不同粒径颗粒的速度分布58-59
• 5.2.5 不同粒径颗粒沿床高的分布59-61
• 5.3 本章小结61-62
• 第6章 结论与展望62-64
• 6.1 结论62-63
• 6.2 展望63-64
• 参考文献64-67
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果67-68
• 致谢68

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